本發(fā)明涉及一種陶瓷注射成型材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)陶瓷材料具有耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度高、硬度大等特點(diǎn)而廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，但是傳統(tǒng)陶瓷具有的易脆性問題目前成為阻礙陶瓷材料更廣泛的應(yīng)用的主要因素之一，而新型功能陶瓷是可以克服傳統(tǒng)陶瓷的易脆性問題，擴(kuò)大陶瓷的應(yīng)用范圍的一大材料體系，逐步應(yīng)用于3c電子及穿戴產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)件。而納米陶瓷不僅保有傳統(tǒng)陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有高韌性、低溫超塑性等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有高韌性、低溫超塑性等優(yōu)點(diǎn)，再加上其華貴的外觀與質(zhì)美的手感，運(yùn)用到手機(jī)、穿戴外觀結(jié)構(gòu)件，具有很好的應(yīng)用前景。
目前納米陶瓷的制備方法具有層合實(shí)體制造法、熔融沉積制造法、激光燒結(jié)等方法，納米陶瓷產(chǎn)品應(yīng)用到手機(jī)外框、手表外殼等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，以上工藝很難獲得密度均勻，結(jié)構(gòu)完成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品。
陶瓷注射成型(cim)是一種將粉末與塑料成形工藝相結(jié)合的新型制造工藝技術(shù)，它是先將陶瓷粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行高溫熔融、攪拌、混合均勻，冷卻后再將混合料進(jìn)行破碎、制粒，最終經(jīng)注塑機(jī)射出成所需要的形狀。cim工藝制作的納米金屬陶瓷，可解決制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)件納米陶瓷等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種陶瓷注射成型材料及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種陶瓷注射成型材料，包括納米陶瓷粉末和粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑和所述納米陶瓷粉末的質(zhì)量比為2-2.5：7.5-8；
所述納米陶瓷粉末包括如下質(zhì)量百分比的組分：
氧化鋯：82.0％-91.0％
氧化釔：3.0％-6.0％
氧化鋁：1.0％-2.0％
氧化鎂：2.0％-4.0％；
所述粘結(jié)劑包括如下質(zhì)量百分比的組分：
環(huán)氧大豆油：2-3％
光熱穩(wěn)定劑：1-2％
高密度聚乙烯：3-5％
eva：3-5％
聚丙烯蠟：5-8％
石蠟：10-12％
聚甲醛：65-75％。
進(jìn)一步地：
所述納米陶瓷粉末的粒徑為50nm-80nm。
所述納米陶瓷粉末的振實(shí)密度為1.22-1.24g/cm3。
一種所述的陶瓷注射成型材料的制備方法，包括以下步驟：
s1、將所述納米陶瓷粉末加熱到預(yù)定溫度；將配比好的所述粘結(jié)劑加入到混煉機(jī)中混煉至融化成泥狀；
s2、混料：將預(yù)熱后的納米陶瓷粉加入混煉機(jī)中與所述粘結(jié)劑中混合，進(jìn)行混煉；
s3、擠出制粒：將經(jīng)步驟s2處理后的物料送入擠出機(jī)，擠出造粒，制得粉末注射成型喂料。
進(jìn)一步地：
步驟s1中控制所述粘結(jié)劑的料溫為160±10℃，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為5-15r/min，混煉機(jī)溫度為180℃-200℃。
步驟s1中將納米陶瓷粉加熱至溫度為140±10℃。
步驟s2中控制混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為20-30r/min，混煉機(jī)溫度為180℃-200℃，混煉時間為20-30min。
一種使用所述的陶瓷注射成型材料制作產(chǎn)品的方法，包括以下步驟：
s1、將所述納米陶瓷粉末加熱到預(yù)定溫度；將配比好的所述粘結(jié)劑加入到混煉機(jī)中混煉至融化成泥狀；
s2、混料：將預(yù)熱后的納米陶瓷粉加入混煉機(jī)中與所述粘結(jié)劑中混合，進(jìn)行混煉；
s3、擠出制粒：將經(jīng)步驟s2處理后的物料送入擠出機(jī)，擠出造粒，制得粉末注射成型喂料；
s4.使用造粒的喂料進(jìn)行注射成型、脫脂、燒結(jié)處理得到所述產(chǎn)品。
進(jìn)一步地：
步驟s4中，使用造粒的喂料在160-180℃的溫度下進(jìn)行注射成型得到生坯；將生坯在硝酸脫脂爐中進(jìn)行脫脂，脫脂溫度130℃，注酸時間600min，注酸速率3.5g/min；將脫脂后的標(biāo)件放入大氣燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時最高溫度在1400-1500℃之間，燒結(jié)時間24h。
所述產(chǎn)品為3c電子設(shè)備結(jié)構(gòu)件。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明提供的陶瓷注射成型材料采用特定的配方，其中粘結(jié)劑和納米陶瓷粉末的質(zhì)量比為2-2.5：7.5-8，納米陶瓷粉末包括質(zhì)量百分比82.0％-91.0％的氧化鋯、3.0％-6.0％的氧化釔、1.0％-2.0％的氧化鋁、2.0％-4.0％的氧化鎂；粘結(jié)劑包括環(huán)氧大豆油2-3％；光熱穩(wěn)定劑1-2％、高密度聚乙烯3-5％、eva3-5％、聚丙烯蠟5-8％、石蠟10-12％、聚甲醛65-75％，將該陶瓷注射成型材料用在cim工藝，可以加工制作出滿足3c電子及可穿戴類產(chǎn)品各種外觀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，且具有高品質(zhì)的產(chǎn)品性能。相比傳統(tǒng)的cim陶瓷料，本發(fā)明提供的陶瓷注射成型材料具有更高韌性、低溫超塑性等優(yōu)點(diǎn)，尤其有利于實(shí)現(xiàn)3c電子及穿戴產(chǎn)品復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)件的加工。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，產(chǎn)品性能優(yōu)勢明顯，性能指標(biāo)：
熔融指數(shù)：800～1200g/10min；
喂料的收縮系數(shù)在1.30～1.40范圍，典型值1.35；
燒結(jié)后密度：5.8-6.2g/cm3；
硬度：1200-1400hv；
斷裂韌性＞14mpa/m1/2。
另外，相較于干壓工藝，以該陶瓷注射成型材料作為喂料進(jìn)行注射成型批量性生產(chǎn)，工藝成本更低，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品性能好。
具體實(shí)施方式
以下對本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
在一種實(shí)施例中，一種陶瓷注射成型材料，包括納米陶瓷粉末和粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑和所述納米陶瓷粉末的質(zhì)量比為2-2.5：7.5-8；
所述納米陶瓷粉末包括如下質(zhì)量百分比的組分：
氧化鋯：82.0％-91.0％
氧化釔：3.0％-6.0％
氧化鋁：1.0％-2.0％
氧化鎂：2.0％-4.0％；
所述粘結(jié)劑包括如下質(zhì)量百分比的組分：
環(huán)氧大豆油：2-3％
光熱穩(wěn)定劑：1-2％
高密度聚乙烯：3-5％
eva：3-5％
聚丙烯蠟：5-8％
石蠟：10-12％
聚甲醛：65-75％。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述納米陶瓷粉末的粒徑為50nm-80nm。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述納米陶瓷粉末的振實(shí)密度為1.22-1.24g/cm3。
在另一種實(shí)施例中，一種所述的陶瓷注射成型材料的制備方法，包括以下步驟：
s1、將所述納米陶瓷粉末加熱到預(yù)定溫度；將配比好的所述粘結(jié)劑加入到混煉機(jī)中混煉至融化成泥狀；
s2、混料：將預(yù)熱后的納米陶瓷粉加入混煉機(jī)中與所述粘結(jié)劑中混合，進(jìn)行混煉；
s3、擠出制粒：將經(jīng)步驟s2處理后的物料送入擠出機(jī)，擠出造粒，制得粉末注射成型喂料。
在優(yōu)選實(shí)施例中，步驟s1中控制所述粘結(jié)劑的料溫為160±10℃，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為5-15r/min，混煉機(jī)溫度為180℃-200℃。
在優(yōu)選實(shí)施例中，步驟s1中將納米陶瓷粉加熱至溫度為140±10℃。
在優(yōu)選實(shí)施例中，步驟s2中控制混煉機(jī)轉(zhuǎn)速為20-30r/min，混煉機(jī)溫度為180℃-200℃，混煉時間為20-30min。
在另一種實(shí)施例中，一種使用所述的陶瓷注射成型材料制作產(chǎn)品的方法，包括以下步驟：
s1、將所述納米陶瓷粉末加熱到預(yù)定溫度；將配比好的所述粘結(jié)劑加入到混煉機(jī)中混煉至融化成泥狀；
s2、混料：將預(yù)熱后的納米陶瓷粉加入混煉機(jī)中與所述粘結(jié)劑中混合，進(jìn)行混煉；
s3、擠出制粒：將經(jīng)步驟s2處理后的物料送入擠出機(jī)，擠出造粒，制得粉末注射成型喂料；
s4.使用造粒的喂料進(jìn)行注射成型、脫脂、燒結(jié)處理得到所述產(chǎn)品。
在優(yōu)選實(shí)施例中，步驟s4中，使用造粒的喂料在160-180℃的溫度下進(jìn)行注射成型得到生坯；將生坯在硝酸脫脂爐中進(jìn)行脫脂，脫脂溫度130℃，注酸時間600min，注酸速率3.5g/min；將脫脂后的標(biāo)件放入大氣燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時最高溫度在1400-1500℃之間，燒結(jié)時間24h。
在典型實(shí)施例中，所述產(chǎn)品為3c電子設(shè)備結(jié)構(gòu)件。
在具體實(shí)施例中，一種陶瓷注射成型材料的制備方法，包括以下步驟：
1、粘結(jié)劑混煉、陶瓷預(yù)熱：
將配比好的粘結(jié)劑加入到混煉機(jī)中混煉至融化成泥狀，料溫160±10℃。混煉機(jī)轉(zhuǎn)速：5-15r/min，設(shè)定混煉機(jī)溫度：180℃-200℃；
將納米陶瓷粉在加熱裝置上加熱至溫度140±10℃。
2、混料：將預(yù)熱后的納米陶瓷粉加入混煉機(jī)中已達(dá)到所述預(yù)定狀態(tài)的粘結(jié)劑中混合，使納米陶瓷粉末與粘結(jié)劑均勻混合并結(jié)成乳白色泥團(tuán)狀，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速：20-30r/min，設(shè)定混煉機(jī)溫度：180℃-200℃，時間20-30min。
3、擠出制粒：將經(jīng)步驟2處理后的物料送入擠出機(jī)，塑化、擠出，并進(jìn)行造粒，制得粉末注射成型喂料。
實(shí)例一：
喂料配方：
使用納米陶瓷喂料經(jīng)注射成型-脫脂-燒結(jié)處理，制作產(chǎn)品。
造粒的喂料在160-180℃的溫度下進(jìn)行注射成型得到生坯；將生坯在硝酸脫脂爐中進(jìn)行脫脂，脫脂溫度130℃，注酸時間600min，注酸速率3.5g/min；將脫脂后的標(biāo)件放入大氣燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時最高溫度在1400-1500℃之間，燒結(jié)時間24h。
實(shí)例二：
喂料配方：
使用納米陶瓷喂料經(jīng)注射成型-脫脂-燒結(jié)處理，制作產(chǎn)品。
造粒的喂料在160-180℃的溫度下進(jìn)行注射成型得到生坯；將生坯在硝酸脫脂爐中進(jìn)行脫脂，脫脂溫度130℃，注酸時間600min，注酸速率3.5g/min；將脫脂后的標(biāo)件放入大氣燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時最高溫度在1400-1500℃之間，燒結(jié)時間24h。
實(shí)例三：
喂料配方：
使用納米陶瓷喂料經(jīng)注射成型-脫脂-燒結(jié)處理，制作產(chǎn)品。
造粒的喂料在160-180℃的溫度下進(jìn)行注射成型得到生坯；將生坯在硝酸脫脂爐中進(jìn)行脫脂，脫脂溫度130℃，注酸時間600min，注酸速率3.5g/min；將脫脂后的標(biāo)件放入大氣燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時最高溫度在1400-1500℃之間，燒結(jié)時間24h。
實(shí)例四：
喂料配方：
使用納米陶瓷喂料經(jīng)注射成型-脫脂-燒結(jié)處理，制作產(chǎn)品。
造粒的喂料在160-180℃的溫度下進(jìn)行注射成型得到生坯；將生坯在硝酸脫脂爐中進(jìn)行脫脂，脫脂溫度130℃，注酸時間600min，注酸速率3.5g/min；將脫脂后的標(biāo)件放入大氣燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時最高溫度在1400-1500℃之間，燒結(jié)時間24h。
對比例：
原料采用常規(guī)陶瓷喂料
對以上實(shí)施案例及對比案例按照以下制造工藝及性能測試進(jìn)行處理(對比案例喂料無喂料制作步驟)：
1、將配比好的粘結(jié)劑加入到混煉機(jī)中混煉至融化成泥狀，料溫160℃?；鞜挋C(jī)轉(zhuǎn)速：7r/min，設(shè)定混煉機(jī)溫度：190℃；
2、將納米陶瓷粉在加熱裝置上加熱至溫度140℃。
3、將預(yù)熱后的納米陶瓷粉加入混煉機(jī)中已達(dá)到所述預(yù)定狀態(tài)的粘結(jié)劑中混合，使納米陶瓷粉末與粘結(jié)劑均勻混合并結(jié)成乳白色泥團(tuán)狀，混煉機(jī)轉(zhuǎn)速：30r/min，設(shè)定混煉機(jī)溫度190℃，時間30min。
4、將經(jīng)步驟2處理后的物料送入擠出機(jī)，塑化、擠出，并進(jìn)行造粒。
注塑成型工藝使用相同的加工方式：
將原料在160-180℃的溫度下進(jìn)行注射成型得到生坯。
將生胚在硝酸脫脂爐中進(jìn)行脫脂。脫脂溫度130℃、注酸時間600min、注酸速率3.5g/min。
將脫脂后的標(biāo)件放入大氣燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時最高溫度在1400-1500℃之間，燒結(jié)時間24h。
通過將喂料制作成標(biāo)準(zhǔn)件來進(jìn)行產(chǎn)品性能參數(shù)的測試。
各例采用的加工方式相同，分別測試各組納米陶瓷的熔融指數(shù)、收縮系數(shù)、燒結(jié)密度、斷裂韌性、硬度。按斷裂韌性測試國標(biāo)gbt23806-2009《精細(xì)陶瓷斷裂韌性試驗(yàn)驗(yàn)方法》來進(jìn)行測試，所需標(biāo)件尺寸為：40mm*4mm*3mm。
測試結(jié)果如下表1所示：
表1
由表結(jié)果可知，本發(fā)明的納米陶瓷原料流動好，尤其在斷裂韌性性能上較常規(guī)陶瓷有很大優(yōu)勢。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實(shí)施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。