本發(fā)明屬于陶瓷微珠制備，具體涉及一種基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法。

背景技術(shù)：

1、憑借高強(qiáng)度、高硬度、優(yōu)良的耐磨性與耐腐蝕性等眾多突出優(yōu)點，氧化物及非氧化物陶瓷類研磨介質(zhì)球在行業(yè)內(nèi)獲得了廣泛的青睞。為了適應(yīng)超細(xì)粉磨產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的研究人員把關(guān)注點放在如何制備出性能優(yōu)異、適應(yīng)性強(qiáng)的單分散亞毫米級，甚至是粒徑小于300?μm的陶瓷研磨介質(zhì)球的研究上。目前陶瓷球的制備工藝主要有塑性擠壓成型法、外凝膠成型法、滾動成型法、等靜壓成型法等。然而，雖然這些技術(shù)發(fā)展比較成熟，能夠制備出研磨用陶瓷介質(zhì)球，但這些陶瓷介質(zhì)球均存在一定的缺陷，不能同時具備相對體積密度大、強(qiáng)度硬度高、穩(wěn)定性優(yōu)異的特性。

2、凝膠注模是一種濕法成型方法，因其具有操作簡單，成本低，凝膠結(jié)構(gòu)微觀均勻，缺陷少，凈尺寸成型等優(yōu)點而獲得廣泛關(guān)注。清華大學(xué)楊金龍等通過將有機(jī)單體、交聯(lián)劑與水混合后，加入不同的陶瓷粉體，然后對漿料進(jìn)行消泡處理，再在攪拌的過程中加入引發(fā)劑。將得到的漿料滴加進(jìn)入油性介質(zhì)中，利用不同介質(zhì)的界面張力差異使?jié){料成球，并通過在油性介質(zhì)中添加催化劑使得球形漿料快速固化成凝膠，最終得到了高密度、耐磨的陶瓷小球。然而，該方法中，單體具有神經(jīng)毒性和致癌性，長期使用對于人體以及環(huán)境有害，同時需要控制的參數(shù)較多，工藝復(fù)雜，難以實現(xiàn)穩(wěn)定制備。因此如何穩(wěn)定制備一種環(huán)境友好、球形度好、相對密度高的陶瓷小球具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作簡單、節(jié)能環(huán)保的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，該陶瓷微珠尺寸集中，球形度高，相對密度高。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，包括以下步驟：

4、（1）將陶瓷粉體、分散劑和乙酸乙酯混合，球磨，得第一漿料；

5、（2）在所述第一漿料中加入丙烯酸交聯(lián)劑，所述丙烯酸交聯(lián)劑為ebecryl丙烯酸交聯(lián)劑，繼續(xù)球磨，除泡，得第二漿料；

6、（3）將聚乙二醇和水混合得聚乙二醇水溶液，將油倒入，得上層為油層，下層為聚乙二醇水溶液層的固化介質(zhì)，所述油不溶于聚乙二醇，且密度小于聚乙二醇和水；

7、（4）在紫外光照射下，將所述第二漿料滴入所述固化介質(zhì)中，以形成球形坯體，待球形坯體尺寸不再變化后取出，得球形濕坯；

8、（5）將所述球形濕坯進(jìn)行干燥、燒結(jié)，得陶瓷微珠。

9、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（1）中，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，陶瓷粉體為60%～85%，乙酸乙酯為10%～35%，分散劑為0.1%～5%；

10、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（2）中，所述ebecryl丙烯酸交聯(lián)劑的添加量為陶瓷粉體質(zhì)量的5%～15%。

11、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（3）中，所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的質(zhì)量百分含量為90%～98%；所述油為植物油，所述油層的厚度為1cm～3cm，聚乙二醇水溶液層的厚度為15cm～30cm。

12、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（1）中，所述陶瓷粉體為氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、碳化鈦和氮化鈦中的任意一種；所述分散劑為byk系列分散劑中的任意一種或幾種。

13、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，所述陶瓷粉體為氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷。

14、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（1）中，所述陶瓷粉體還包括燒結(jié)助劑，所述燒結(jié)助劑為氧化硅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭、氧化釔、氧化鐿和碳化硼中的一種或幾種；球磨介質(zhì)為氧化鋁球、氧化鋯球和氮化硅球中的一種；料球質(zhì)量比為1∶1～3；所述球磨的時間為12h～48h，球磨的轉(zhuǎn)速為200rad/min～400rad/min。

15、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（2）中，所述ebecryl丙烯酸交聯(lián)劑為ebecryl-4765丙烯酸交聯(lián)劑；所述繼續(xù)球磨的時間為5min～20min；所述除泡為真空除泡，除泡的時間為15min～30min，除泡的真空度為100pa～1000pa。

16、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（3）中，所述植物油為蓖麻油、花生油和棕櫚油中的一種或幾種，所述聚乙二醇為聚乙二醇200～600之間的任意一種或幾種；所述油與聚乙二醇水溶液的體積比為1∶10～30。

17、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（4）中，所述第二漿料滴入固化介質(zhì)時的出料口尺寸為0.2mm～0.5mm；所述第二漿料滴入固化介質(zhì)時的滴速為5滴/秒～20滴/秒。

18、上述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，優(yōu)選的，步驟（5）中，所述干燥的制度為先60℃干燥6h～24h，然后90℃干燥6h～24h，再120℃干燥6h～24h；所述燒結(jié)的方式為無壓燒結(jié)或氣壓燒結(jié)，所述燒結(jié)的溫度為1500℃～2300℃，保溫時間為2h～5h，所述燒結(jié)的氣氛為空氣氣氛、氮氣氣氛和氬氣氣氛中的一種，0℃～600℃之間的升溫速率為0.2℃/min～1℃/min，600℃～燒結(jié)溫度的升溫速率為1℃/min～5℃/min。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

20、（1）本發(fā)明的基于環(huán)保非水基凝膠注模制備陶瓷微珠的方法，采用ebecryl丙烯酸交聯(lián)劑作為固化劑，其具有光/濕雙重固化的特點，通過與紫外照射和油-聚乙二醇水溶液協(xié)同作用促使坯體成型，其中，紫外光與油、聚乙二醇水溶液的配合至關(guān)重要，缺一不可，這種固化方式不僅節(jié)能環(huán)保，而且能夠起到互補(bǔ)增強(qiáng)的作用，使陶瓷微珠生坯能保持良好的球形度，且所制得的陶瓷微珠尺寸分布集中、相對密度較高，球形度好，工藝操作簡單，易于批量制備。相較于傳統(tǒng)丙烯酰胺凝膠注模體系，本發(fā)明方法的環(huán)保非水基凝膠注模采用的丙烯酸交聯(lián)劑，具有低毒環(huán)保的優(yōu)點，對人體和環(huán)境無污染。

21、（2）本發(fā)明的基于環(huán)保非水基凝膠注模制備陶瓷微珠的方法，采用乙酸乙酯作溶劑，對陶瓷粉體的潤濕性好，可制備高固含量的陶瓷漿料，同時，乙酸乙酯具有較小的表面張力，在干燥過程中導(dǎo)致的毛細(xì)管力較小，可有效避免球形生坯的干燥開裂，配合油-聚乙二醇水溶液的成型和液相干燥過程，易于實現(xiàn)球形陶瓷生坯的安全高效率成型及干燥。

技術(shù)特征：

1.一種基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（1）中，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，陶瓷粉體為60%～85%，乙酸乙酯為10%～35%，分散劑為0.1%～5%。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述ebecryl丙烯酸交聯(lián)劑的添加量為陶瓷粉體質(zhì)量的5%～15%。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（3）中，所述聚乙二醇水溶液中聚乙二醇的質(zhì)量百分含量為90%～98%；所述油為植物油，所述油層的厚度為1cm～3cm，聚乙二醇水溶液層的厚度為15cm～30cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（1）中，所述陶瓷粉體為氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、碳化鈦和氮化鈦中的任意一種；所述分散劑為byk系列分散劑中的任意一種或幾種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（1）中，所述陶瓷粉體還包括燒結(jié)助劑，所述燒結(jié)助劑為氧化硅、氧化鈣、氧化鎂、氧化鑭、氧化釔、氧化鐿和碳化硼中的一種或幾種；球磨介質(zhì)為氧化鋁球、氧化鋯球和氮化硅球中的一種；料球質(zhì)量比為1∶1～3；所述球磨的時間為12h～48h，球磨的轉(zhuǎn)速為200rad/min～400rad/min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（2）中，所述ebecryl丙烯酸交聯(lián)劑為ebecryl-4765丙烯酸交聯(lián)劑；所述繼續(xù)球磨的時間為5min～20min；所述除泡為真空除泡，除泡的時間為15min～30min，除泡的真空度為100pa～1000pa。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（3）中，所述植物油為蓖麻油、花生油和棕櫚油中的一種或幾種，所述聚乙二醇為聚乙二醇200～600之間的任意一種或幾種；所述油與聚乙二醇水溶液的體積比為1∶10～30。

9.根據(jù)權(quán)利要求1～4或8中任一項所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（4）中，所述第二漿料滴入固化介質(zhì)時的出料口尺寸為0.2mm～0.5mm；所述第二漿料滴入固化介質(zhì)時的滴速為5滴/秒～20滴/秒。

10.根據(jù)權(quán)利要求1～4或8中任一項所述的基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，其特征在于，步驟（5）中，所述干燥的制度為先60℃干燥6h～24h，然后90℃干燥6h～24h，再120℃干燥6h～24h；所述燒結(jié)的方式為無壓燒結(jié)或氣壓燒結(jié)，所述燒結(jié)的溫度為1500℃～2300℃，保溫時間為2h～5h，所述燒結(jié)的氣氛為空氣氣氛、氮氣氣氛和氬氣氣氛中的一種，0℃～600℃之間的升溫速率為0.2℃/min～1℃/min，600℃～燒結(jié)溫度的升溫速率為1℃/min～5℃/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于環(huán)保非水基凝膠體系制備陶瓷微珠的方法，步驟包括將陶瓷粉體、分散劑以及有機(jī)溶劑進(jìn)行球磨，得第一漿料；在第一漿料中加入EBECRYL丙烯酸交聯(lián)劑，繼續(xù)球磨，除泡，得第二漿料；將聚乙二醇和水混合得聚乙二醇水溶液，將油倒入，得上層為油層，下層為聚乙二醇水溶液層的固化介質(zhì)，其中油不溶于聚乙二醇，且密度小于聚乙二醇和水；在紫外光照射下，將第二漿料滴入固化介質(zhì)中，以形成球形坯體，待球形坯體尺寸不再變化后取出，干燥，燒結(jié)，即得陶瓷微珠。本發(fā)明的方法不僅節(jié)能環(huán)保，所制得的陶瓷微珠還具有尺寸分布集中、相對密度高，球形度好等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：楊現(xiàn)鋒,王金哲,謝呵瀚,劉子玉,劉鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長沙理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15