本發(fā)明屬于復(fù)合陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及一種柔性復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
陶瓷材料具有優(yōu)異的耐磨性、杰出的耐熱性、良好的耐蝕性。除此之外，功能性陶瓷還具有良好的電性能、光性能、熱性能以及生物性能。陶瓷材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑、軍事、交通、航空航天、汽車等通用領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的陶瓷材料的制備是先將特定的陶瓷粉體塑型，然后放入高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)成型。然而，在制作期間不僅需要消耗大量的電能、熱能，而且存在著對(duì)燒結(jié)設(shè)備的要求較高，綜合投入較高等缺點(diǎn)。利用部分有機(jī)物改性陶瓷，不僅可以大大降低制作過(guò)程中使用的電、熱能，減少設(shè)備的綜合投入，還能賦予復(fù)合性陶瓷一些新性能特點(diǎn)。如傳統(tǒng)陶瓷的最大不足就是材料的脆性，但通過(guò)部分有機(jī)成分可以大大降低陶瓷材料的脆性，從而可以獲得結(jié)構(gòu)性和功能性優(yōu)良的柔性陶瓷材料。而柔性陶瓷材料相比于傳統(tǒng)的硬性陶瓷具有更為廣闊的應(yīng)用前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的，即在于提供一種柔性復(fù)合陶瓷材料，具有傳統(tǒng)陶瓷材料的耐磨性、耐蝕性、電性能，同時(shí)還具有優(yōu)良的韌性、抗沖擊性，以及相較于同類其它有機(jī)樹(shù)脂改性的耐溫性能。其抗拉強(qiáng)度≥30N/mm2，彎曲強(qiáng)度≥10N/mm2，且在300℃下不黃變。產(chǎn)品可以廣泛地應(yīng)用于3D電路、線圈防護(hù)、柔性基材等領(lǐng)域。另外，本發(fā)明還提供了一種柔性復(fù)合陶瓷材料的制備方法方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種柔性復(fù)合陶瓷材料，包括下述組成材料：
10-50重量份的樹(shù)脂，
50-85重量份的陶瓷粉體，
0-10重量份的溶劑，
1-2重量份的固化劑，
1-3重量份的助劑，
其中：
所述樹(shù)脂為丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂和有機(jī)硅樹(shù)脂中的一種或幾種，
所述陶瓷粉體的粒徑為1-10um，
所述溶劑為醇類、酯類、烷烴類、醚類、酮類和苯類中的一種或幾種，
所述固化劑為鉑系催化劑、胺類、苯胺類、多元醇類、酚類、酸酐類、過(guò)氧化物類和咪唑類中的一種或幾種，
所述助劑為分散劑、消泡劑和抑制劑中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述丙烯酸樹(shù)脂為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸縮水甘油酯、α-氰基丙烯酸甲酯、α-氰基丙烯酸乙酯和α-氰基丙烯酸丁酯中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹(shù)脂為酚醛類改性環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂和脂肪酸甘油酯環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述有機(jī)硅樹(shù)脂為單組分縮合膠或雙組分加成膠。
優(yōu)選地，所述陶瓷粉體為氧化物陶瓷粉體、氮化物陶瓷粉體、硼化物陶瓷粉體和碳化物陶瓷粉體中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述氧化物陶瓷粉體為Al2O3，
所述氮化物陶瓷粉體為AlN、BN、Si3N4和ZrN中的一種或幾種，
所述碳化物陶瓷粉體為B4C、SiC、ZrC、TiC和WC中的一種或幾種，
所述硼化物陶瓷粉體為ZrB2和TiB2中的一種或兩種。
優(yōu)選地，所述醇類溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇和戊醇中的一種或幾種，
所述酯類溶劑為甲酸乙酯、乙酸乙酯、醋酸正丁酯和醋酸異丁酯中的一種或幾種，
所述烷烴類溶劑為正已烷、環(huán)已烷、正辛烷和異辛烷中的一種或幾種，
所述醚類溶劑包括，乙醚、四氫呋喃、苯乙醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇甲醚和丙二醇乙醚中的一種或幾種，
所述酮類溶劑為丙酮、環(huán)已酮和甲乙酮中的一種或幾種，
所述苯類溶劑為甲苯和二甲苯中的一種或兩種。
優(yōu)選地，所述分散劑為有機(jī)硅系分散劑或聚多元醇，所述消泡劑為有機(jī)硅系消泡劑，所述抑制劑為炔醇類。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制備上述的柔性復(fù)合陶瓷材料的方法，包括以下步驟：
S1：稱取樹(shù)脂和溶劑于球磨罐中，攪拌均勻；
S2：加入陶瓷粉體，攪拌均勻，得到漿液；
S3：將固化劑和助劑加入到漿液中，并將漿液轉(zhuǎn)移至球磨機(jī)中進(jìn)行球磨；
S4：將球磨好的漿液進(jìn)行過(guò)濾，得到磨好后的組分；
S5：將組分真空脫泡，后進(jìn)行固化燒結(jié)，得到柔性復(fù)合陶瓷材料。
優(yōu)選地，所述步驟S3中球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為300-500轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時(shí)間為30-60分鐘；
所述步驟S4中過(guò)濾使用的紗網(wǎng)為300目；
所述步驟S5中的固化燒結(jié)溫度為150-160度，時(shí)間為4-8小時(shí)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的柔性復(fù)合陶瓷材料具有傳統(tǒng)陶瓷材料的耐磨性、耐蝕性、電性能，同時(shí)還具有優(yōu)良的韌性、抗沖擊性，以及相較于同類其它有機(jī)樹(shù)脂改性的耐溫性能。其抗拉強(qiáng)度≥30N/mm2，彎曲強(qiáng)度≥10N/mm2，且在300℃下不黃變。產(chǎn)品可以廣泛地應(yīng)用于3D電路、線圈防護(hù)、柔性基材等領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
實(shí)施例1
柔性復(fù)合陶瓷材料，包括下述組成材料：
20重量份的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯，
75重量份粒徑D50為1-5um的Al2O3陶瓷粉體，
2重量份的乙醇，2.5重量份的環(huán)已烷，
1重量份的異丙苯過(guò)氧化氫，
2重量份的聚乙二醇600分散劑。
按下述方法進(jìn)行制備：
S1：稱取20重量份的聚甲基丙烯酸縮水甘油酯、2重量份的乙醇和2.5重量份的環(huán)已烷于球磨罐中，機(jī)械攪拌均勻；
S2：加入75重量份、粒徑D50為1-5um的Al2O3陶瓷粉體，機(jī)械攪拌均勻，得到漿液；
S3：將1重量份的異丙苯過(guò)氧化氫和2重量份的聚乙二醇600加入到漿液中，攪拌均勻后，將漿液轉(zhuǎn)移至球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速300rpm，時(shí)間為30分鐘；
S4：使用300目紗網(wǎng)對(duì)球磨好的漿液進(jìn)行過(guò)濾，得到磨好后的組分，并裝入單口瓶中充氮密封保存；
S5：將組分真空脫泡，后放入烘箱中并于150℃溫度下固化燒結(jié)6小時(shí)，得到柔性復(fù)合陶瓷材料。
所得柔性復(fù)合陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度35N/mm2，彎曲強(qiáng)度30N/mm2，其耐溫可達(dá)250℃不黃變。
實(shí)施例2
柔性復(fù)合陶瓷材料，包括A和B兩種組分，其中：
A組分包括下述組成材料：
10重量份的乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.4％的甲基有機(jī)硅樹(shù)脂，
80重量份粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體，
5重量份的環(huán)已烷，
2重量份的Karstedt′s固化劑，
2重量份的有機(jī)硅分散劑，
2重量份的有機(jī)硅消泡劑。
B組分包括下述組成材料：
10重量份的氫基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05％的甲基有機(jī)硅樹(shù)脂，
80重量份粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體，
5重量份的環(huán)已烷，
1重量份的3，5-二甲基-1-己炔-3-醇，
2重量份的有機(jī)硅分散劑，
2重量份的有機(jī)硅消泡劑。
按下述方法進(jìn)行制備：
S1：分別稱量10重量份乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.4％和10重量份氫基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05％的甲基有機(jī)硅樹(shù)脂于不同球磨罐中，分別加入5份環(huán)已烷溶劑，機(jī)械攪拌均勻；
S2：分別加入D50粒徑為5μm的氧化鋁陶瓷粉體80重量份，機(jī)械攪拌均勻，得到漿液；
S3：分別將2重量份有機(jī)硅消泡劑和2重量份有機(jī)硅分散劑加入到漿液中，并在A組分中添入2重量份的Karstedt′s固化劑，而在B組分中加入1重量份3，5-二甲基-1-己炔-3-醇抑制劑，攪拌均勻后，將漿液轉(zhuǎn)移至球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速300rpm，時(shí)間為30分鐘；
S4：使用300目紗網(wǎng)分別對(duì)球磨好的漿液進(jìn)行過(guò)濾，得到磨好后的A組分和B組分，并分別裝入單口瓶中充氮密封保存；
S5：將A、B組分以重量份比為1:4進(jìn)行混合后，將組分真空脫泡，后放入烘箱中并于150℃溫度下固化燒結(jié)6小時(shí)，得到柔性復(fù)合陶瓷材料。
所得柔性復(fù)合陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度30N/mm2，彎曲強(qiáng)度20N/mm2，其耐溫可達(dá)300℃不黃變。
實(shí)施例3
柔性復(fù)合陶瓷材料，包括下述組成材料：
20重量份的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂，
75重量份粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體，
2重量份的丙酮，
2重量份的間苯二胺，
1重量份的有機(jī)硅消泡劑。
按下述方法進(jìn)行制備：
S1：稱取20重量份的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂、2重量份的丙酮于球磨罐中，機(jī)械攪拌均勻；
S2：加入75重量份、粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體，機(jī)械攪拌均勻，得到漿液；
S3：將2重量份的間苯二胺和1重量份的有機(jī)硅消泡劑加入到漿液中，攪拌均勻后，將漿液轉(zhuǎn)移至球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速300rpm，時(shí)間為60分鐘；
S4：使用300目紗網(wǎng)對(duì)球磨好的漿液進(jìn)行過(guò)濾，得到磨好后的組分，并裝入單口瓶中充氮密封保存；
S5：將組分真空脫泡，后放入烘箱中并于150℃溫度下固化燒結(jié)6小時(shí)，得到柔性復(fù)合陶瓷材料。
所得柔性復(fù)合陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度50N/mm2，彎曲強(qiáng)度35N/mm2，其耐溫可達(dá)280℃不黃變。
實(shí)施例4
20重量份的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂，
75重量份粒徑D50為5um的氮化鋁陶瓷粉體，
2重量份的丙酮，
2重量份的間苯二胺，
1重量份的有機(jī)硅消泡劑。
按下述方法進(jìn)行制備：
S1：稱取20重量份的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂、2重量份的丙酮于球磨罐中，機(jī)械攪拌均勻；
S2：加入75重量份、粒徑D50為5um的氮化鋁陶瓷粉體，機(jī)械攪拌均勻，得到漿液；
S3：將2重量份的間苯二胺和1重量份的有機(jī)硅消泡劑加入到漿液中，攪拌均勻后，將漿液轉(zhuǎn)移至球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速300rpm，時(shí)間為60分鐘；
S4：使用300目紗網(wǎng)對(duì)球磨好的漿液進(jìn)行過(guò)濾，得到磨好后的組分，并裝入單口瓶中充氮密封保存；
S5：將組分真空脫泡，后放入烘箱中并于150℃溫度下固化燒結(jié)6小時(shí)，得到柔性復(fù)合陶瓷材料。
所得柔性復(fù)合陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度50N/mm2，彎曲強(qiáng)度35N/mm2，其耐溫可達(dá)280℃不黃變。
實(shí)施例5
15重量份的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂，
80重量份粒徑D50為5um的氮化硼陶瓷粉體，
2重量份的丙酮，
2重量份的間苯二胺，
1重量份的有機(jī)硅消泡劑。
按下述方法進(jìn)行制備：
S1：稱取15重量份的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂、2重量份的丙酮于球磨罐中，機(jī)械攪拌均勻；
S2：加入80重量份、粒徑D50為5um的氮化硼陶瓷粉體，機(jī)械攪拌均勻，得到漿液；
S3：將2重量份的間苯二胺和1重量份的有機(jī)硅消泡劑加入到漿液中，攪拌均勻后，將漿液轉(zhuǎn)移至球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速300rpm，時(shí)間為60分鐘；
S4：使用300目紗網(wǎng)對(duì)球磨好的漿液進(jìn)行過(guò)濾，得到磨好后的組分，并裝入單口瓶中充氮密封保存；
S5：將組分真空脫泡，后放入烘箱中并于150℃溫度下固化燒結(jié)6小時(shí)，得到柔性復(fù)合陶瓷材料。
所得柔性復(fù)合陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度60N/mm2，彎曲強(qiáng)度80N/mm2，其耐溫可達(dá)300℃不黃變。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的柔性復(fù)合陶瓷材料具有傳統(tǒng)陶瓷材料的耐磨性、耐蝕性、電性能，同時(shí)還具有優(yōu)良的韌性、抗沖擊性，以及相較于同類其它有機(jī)樹(shù)脂改性的耐溫性能。其抗拉強(qiáng)度≥30N/mm2，彎曲強(qiáng)度≥10N/mm2，且在300℃下不黃變。產(chǎn)品可以廣泛地應(yīng)用于3D電路、線圈防護(hù)、柔性基材等領(lǐng)域。
最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述的各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。