專利名稱：納米氧化鋁膠體功能陶瓷涂料生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
陶瓷材料制備二.
背景技術(shù)：
本技術(shù)涉及陶瓷涂層和薄膜的一種新的制備方法，即用工業(yè)一水氧化鋁為原料，制備環(huán)境型、高固體份的穩(wěn)定氧化鋁溶膠和功能陶瓷涂料方法。
陶瓷的制備工藝包括粉體制備、成型和燒結(jié)。在成型工藝中，有模壓(干壓)、擠壓、滾壓、流涎、注射、澆注、壓注、冷等靜壓、熱等靜壓等，在燒結(jié)工藝中，發(fā)展了如氣氛壓力燒結(jié)、熱等靜壓、微波燒結(jié)、等離子燒結(jié)等技術(shù)。陶瓷堅硬性脆，致密化加工困難，設(shè)備要求高，成本需要降低。因此，陶瓷的濕法加工技術(shù)得到快速發(fā)展。
溶膠-凝膠法是陶瓷表面工程非常重要的技術(shù)，具有如下優(yōu)點工藝過程溫度低、制備的材料非常均勻，產(chǎn)物成分容易控制，用料少，便于產(chǎn)業(yè)化。
制備氧化鋁溶膠的方法主要有鋁醇鹽水解法、無機鋁鹽合成法、鋁酸鈉溶液晶種分解法等，例如用100摩爾的水與1摩爾的鋁醇鹽，水解得到的膠體為透明的水溶膠，顆粒為板狀勃姆石結(jié)構(gòu)；鋁鹽與酸或堿反應(yīng)；在加熱條件下，用一種有機酸比如醋酸與金屬鋁粉反應(yīng)；在微量硅酸根離子和硫酸根離子存在下，用鹽酸溶液與金屬鋁反應(yīng)，得到氫氧化鋁膠體。用鋁酸鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)，加入非晶態(tài)的氫氧化鋁，在酸性、堿性或混合物中，調(diào)節(jié)pH為11左右，加熱到約90℃約5分鐘，進一步加熱到90-250℃，得到氧化鋁膠體。
上述溶膠-凝膠法存在若干局限性。首先，鋁醇鹽水解法需要專門制備鋁醇鹽，有機醇鹽的水解于縮聚形成凝膠，有機醇鹽制備成本高，有環(huán)境危害性；采用鋁粉合成及其它方法，需要凝膠，洗滌、脫除電解質(zhì)、再膠溶，成本高、工藝復雜。其次，現(xiàn)有的溶膠-凝膠薄膜法在干燥時，由于溶劑大量蒸發(fā)，產(chǎn)生收縮，導致龜裂和大量微缺陷，因此不能制備厚膜。再次，陶瓷薄膜與基底的結(jié)合強度是氧化鋁膠體薄膜技術(shù)的普遍問題。
與本申請技術(shù)相近的文獻(1)作為分散劑的納米顆粒薄鋁石溶膠對氧化鋁陶瓷密實化的影響(Ananthakumar-S；Raja-Vijay；Warrier-KGK，MaterialsLetters，2000，43(4)，p 174-179)，文中報導了用一水氧化鋁(AlOOH)作為分散微米級氧化鋁粉的方法。納米顆粒溶膠分散的氧化鋁懸浮漿料，通過加壓成一定形狀，認為在pH＝6.2時分散性好，固體含量達到80％(重量百分比)，但有部分絮凝。漿料含氧化鋁為17.2％(按體積計)時，最大理論素坯密度為63％，最大線性收縮率小于3％，在1450℃時最大理論燒結(jié)密度為97％，平均晶粒約2微米。(2)控制活性含氫氧化物化學鍵合磷酸鹽復合陶瓷合陶瓷涂層的制造(Troczynski，Tomasz；Yang，Quanzu，WO2001087798)，專利報導了用醇鹽水解法制備陶瓷體材和涂層的方法，重點采用化學鍵合方法提高陶瓷與基底的結(jié)合力。
針對上述問題，本發(fā)明發(fā)展一種新的陶瓷涂料生產(chǎn)方法，解決溶膠-凝膠有機鋁醇鹽水解法成本高、厚膜龜裂和基底附著力差幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。
三.

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明目的本發(fā)明涉及環(huán)境型、高固體份的穩(wěn)定氧化鋁溶膠和功能陶瓷涂料制備方法。采用工業(yè)一水氧化鋁為原料，以降低陶瓷加工成本；不采用有機溶劑均勻分散陶瓷顆粒，對環(huán)境無危害；通過氧化物晶種化，實現(xiàn)涂膜低溫致密化和與基底的強化學鍵合。
2.技術(shù)內(nèi)容(1)工藝流程圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。氧化鋁原料，用酸調(diào)整酸度，形成無沉淀的氧化鋁膠體。根據(jù)涂膜功能要求，加入晶種，均勻分散后制得穩(wěn)定的晶種化氧化鋁膠體，加入微米級的功能陶瓷填料，再均勻分散，得到穩(wěn)定的具有流變性能的功能陶瓷涂料。
(2)氧化鋁膠體的制備原料氧化鋁，純度96-99％，加水溶解固液比一水氧化鋁/水(重量百分比)＝5-15∶95-85酸度控制為pH＝1-4。均勻化分散3-6小時(3)氧化鋁膠體的晶種化晶種氧化鋁、氧化鍶、氧化鑭中的一種或兩種晶種純度98-99％(百分重量)晶種大小平均粒徑10-100納米加入量按氧化鋁膠體∶晶種＝100∶1-5(重量比)均勻化分散3-6小時(4)陶瓷涂料的制備陶瓷填料氧化鋁、碳化硅或二硼化鈦中的一種陶瓷純度98-99％(百分重量)陶瓷平均粒徑1-10微米加入量晶種化氧化鋁膠體陶瓷填料重量比＝100∶20-50均勻化分散6-12小時。
3.與公知技術(shù)相比本發(fā)明具備的優(yōu)點及積極效果(1)資源和低成本特色我國鋁土礦資源豐富，水合氧化鋁來源便利，克服用鋁醇鹽或鋁無機鹽制備氧化鋁膠體的成本高、雜質(zhì)脫除、工藝復雜等局限性。(2)環(huán)保特點用氧化鋁膠體取代傳統(tǒng)意義的有機溶劑或粘接劑，在涂料制備和后續(xù)涂層和薄膜施工過程中，無有害成分污染環(huán)境和危害人體；(3)晶種化工藝特點氧化鋁膠體通過氧化鋁合稀土氧化物晶種化處理，能解決厚膜龜裂和微缺陷、低溫致密化、涂層自催化等傳統(tǒng)陶瓷制備中的關(guān)鍵技術(shù)問題；(4)應(yīng)用特點晶種化和陶瓷填料工藝可調(diào)、靈活，設(shè)備簡單，能滿足各種功能涂膜要求。
四.


本發(fā)明工藝流程如附圖1。
五.
具體實施例方式在室溫下，按一水氧化鋁∶水＝15∶85的百分重量比，把一水氧化鋁溶解于蒸餾水中，機械攪拌3-6小時，使其均勻化。用百分濃度為30％的磷酸溶液調(diào)整pH＝1-3，得到透明無沉淀的氧化鋁膠體。按氧化鋁膠體∶晶種＝100∶1-2(重量比)加入氧化鋁晶種，晶種粒度為40-60納米。機械攪拌3-4小時后，再加入4-6微米的陶瓷填料氧化鋁顆粒，加入量為品種氧化鋁膠體；氧化鋁＝100∶20(百分重量)繼續(xù)機械攪拌6-8小時后，得到穩(wěn)定氧化鋁溶膠分散的氧化鋁陶瓷涂料，用于低溫致密化氧化鋁涂膜。
在室溫下，按一水氧化鋁∶水＝5∶95的百分重量比，把一水氧化鋁溶解于蒸餾水中，機械攪拌3-5小時使其均勻化。用百分濃度為30％的磷酸溶液調(diào)整pH＝1-3，得到透明無沉淀的氧化鋁膠體；按氧化鋁膠體∶晶種＝100∶2-3(重量比)加入氧化鋁晶種，晶種大小為70-100納米，攪拌4-5小時后，再加入1-4微米的碳化硅顆粒，加入量為晶種氧化鋁膠體∶碳化硅＝100∶30(百分重量)，球磨8-10小時后，得到具有觸變性能的穩(wěn)定氧化鋁溶膠分散的碳化硅陶瓷涂料，用于耐磨、耐蝕碳化硅涂膜。
在室溫下，按一水氧化鋁∶水＝12∶88的百分重量比，把一水氧化鋁溶解于蒸餾水中。機械攪拌4-6小時。用百分濃度為30％的硝酸溶液調(diào)整pH＝2-4，得到透明無沉淀的氧化鋁膠體；加入10-30納米的氧化鍶和氧化鑭，氧化鍶和氧化鑭的用量分別為氧化鋁膠體∶晶種＝100∶4-5(重量比)，攪拌5-6小時后，再加入二硼化鈦導電顆粒，用量為晶種化氧化鋁膠體∶陶瓷填料重量比＝100∶50，平均粒徑8-10微米。繼續(xù)球磨10-12小時后，得到氧化鋁溶膠分散的二硼化鈦導電涂料，用于鋁電解二硼化鈦潤濕性陰極和預(yù)焙碳陽極抗氧化導電型涂膜。
權(quán)利要求
1.一種納米氧化鋁膠體功能陶瓷涂料生產(chǎn)方法，其特征是(1)工藝流程將氧化鋁原料用水溶解，調(diào)整pH值至1-4，形成氧化鋁膠體，再加入晶種，經(jīng)均勻化，制得晶種化的氧化鋁膠體，在該膠體中加入陶瓷填料，再均勻化，得到陶瓷涂料，(2)氧化鋁膠體的制備原料氧化鋁，純度96-99％固液比氧化鋁/水(重量百分比)＝5-15∶95-85酸度控制調(diào)整酸度到pH＝1-4。均勻化分散3-6小時；(3)氧化鋁膠體的晶種化晶種氧化鋁、氧化鍶、氧化鑭中的一種或兩種晶種純度98-99％(百分重量)晶種粒度平均粒徑10-100納米加入量按氧化鋁膠體晶種＝100∶1-5(重量比)均勻化分散3-6小時；(4)陶瓷涂料的制備陶瓷填料氧化鋁、碳化硅或二硼化鈦中的一種陶瓷純度98-99％(百分重量)陶瓷平均粒徑1-10微米加入量晶種化氧化鋁膠體∶陶瓷填料重量比＝100∶20-50均勻化分散6-12小時。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷涂料生產(chǎn)方法，其特征是原料用工業(yè)一水氧化鋁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷涂料生產(chǎn)方法，其特征是原料溶液酸度用百分濃度為30％的磷酸或硝酸調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷涂料生產(chǎn)方法，其特征是氧化鋁膠體制備和氧化鋁膠體晶種化的均勻化方法為機械攪拌，陶瓷涂料的制備均勻化分散方式為機械攪拌或球磨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米氧化鋁膠體功能陶瓷涂料生產(chǎn)方法，將原料氧化鋁用水溶解，調(diào)整pH至1～4，形成穩(wěn)定氧化鋁膠體，再加入氧化鋁、氧化鍶或氧化鑭作為晶種，經(jīng)均勻化分散制得晶種化的氧化鋁膠體，在該膠體中加入陶瓷填料，再經(jīng)分散均勻化，得到穩(wěn)定的陶瓷涂料。該涂料的原料來源廣、成本低，經(jīng)晶化處理的氧化鋁膠體能解決厚膜龜裂和微缺陷，低溫致密化、涂層自催化等關(guān)鍵技術(shù)問題，在后續(xù)涂層和薄膜施工中無有害成份釋放，能滿足各自涂膜需要。可用于耐蝕、耐磨、導電、環(huán)境催化等的涂膜。
文檔編號C09D1/00GK1454943SQ0311787
公開日2003年11月12日 申請日期2003年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者王達健 申請人:昆明理工大學