权利要求
1.一种注射成型用
氧化铝复合材料，其特征在于，包括粉体和粘结剂，粘结剂与粉体的质量比为(15-19):(81-85);
所述粉体包括重量份如下的组分：
氧化铝96.0-99.9份、氧化纳0.5-2.0份、氧化铁0.2-1.0份和氧化钙/氧化镁0.3-1.0份;
其中，粉体的比表面积为6-8m2/g;松装密度为0.8-1.1g/cm3;
所述粘结剂包括质量比如下的组分：
聚氨酯14-18份、聚丙烯24-28份、聚甲醛3.5-4.5份、乙烯醋酸乙烯共聚物7-9份、聚乙烯14-18份、邻苯二甲酸二辛酯8-10份和石蜡15-21份;
氧化铝复合材料的粘度值为150Pa·s-350Pa·s，流动值为100g/10min-250g/10min。
2.如权利要求1所述的注射成型用氧化铝复合材料，其特征在于，所述粘结剂与粉体的质量比为(17-18):(82-83)。
3.如权利要求1所述的注射成型用氧化铝复合材料，其特征在于，所述粘结剂与粉体的质量比为18:82。
4.如权利要求1所述的注射成型用氧化铝复合材料，其特征在于，所述粘结剂包括质量比如下的组分：
聚氨酯15份、聚丙烯28份、聚甲醛4份、乙烯醋酸乙烯共聚物8份、聚乙烯16份、邻苯二甲酸二辛酯10份和石蜡19份。
5.如权利要求1-4任一项所述的注射成型用氧化铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)粉体烘干：
将粉体混合后烘干，使烘干后粉体含水量≤0.4%;
(2)混炼：
将混炼机预热，在预热后的混炼机中依次加入烘干后的粉体与粘结剂，首先在低速下预混合，然后在高速下混合，保温一定时间，自然冷却至取料温度之后得到喂料;
(3)造粒：
将上述喂料加入造粒机，在造粒温度下保温造粒得到氧化铝复合材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，
步骤(1)中，所述烘干温度为150-200℃，烘干时间为6-12小时;
步骤(2)中，所述混炼机预热温度为170-190℃;低速为10-20r/min，预混合时间为10-30分钟;高速为40-80r/min，混合时间为60-180分钟，保温温度为170-190℃，保温时间为90-150min;取料温度为100-150℃;
步骤(3)中，所述造粒温度为100-150℃;氧化铝复合材料的直径为3.5mm，长度为2-6mm。
7.如权利要求1-4任一项所述的注射成型用氧化铝复合材料或如权利要求5-6任一项所述的制备方法制得的注射成型用氧化铝复合材料的应用，用于陶瓷制品的制备。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，陶瓷制品的制备包括如下步骤：
a.注塑成型
将氧化铝复合材料加入注塑机中，注塑成型为车载部件使用的陶瓷生坯;
b.脱脂
将陶瓷生坯放置在脱脂炉中，以速度v1升温至脱脂温度，进行脱脂;
c.烧结
将脱脂后的陶瓷生坯放置在烧结炉中，以速度v2升温至烧结温度，在保温时间内进行烧结，然后自然冷却得到陶瓷制品。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，
步骤a中，所述注塑成型温度为180-210℃，成型压力为20-100Mpa，成型周期为30-70s;
步骤b中，所述速度v1为5-12℃/h，脱脂温度为550-600℃;
步骤c中，所述速度v2为80-120℃/h，烧结温度为1600-1650℃，保温时间为2-5h。
10.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述陶瓷制品为车载部件;进一步优选的，车载部件为新能源电车中电池连接部件。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及氧化铝复合材料技术领域，具体涉及一种注射成型用氧化铝复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
[0002]随着应用开发的深入，氧化铝陶瓷材料的应用逐渐深入到各高科技领域，对陶瓷制品的尺寸精度，性能要求越来越高、形状也越来越复杂，对于工艺加工要求及成本管控行业内竞争也愈加激烈。氧化铝注射成型工艺很好地满足了这种要求。它具有一次成型复杂形状制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产品性能优异的特点，弥补了传统陶瓷制品工艺的不足。
[0003]氧化铝陶瓷材料具有较高的抗弯强度、硬度、断裂韧性等优良特性，可广泛应用于新能源、环境及材料领域。
[0004]氧化铝耐热性强，成型性好，耐磨性强，耐化学性强，晶相稳定，硬度高，机械性能好，介电和热性能佳，尺寸稳定性好。车载部件中使用的氧化铝陶瓷主要依赖于氧化铝性能。可广泛应用于各种结构件及功能件，注塑类氧化铝结构件及功能件发展前景巨大。
[0005]中国专利CN113698185A公开了一种氧化铝注射成型用喂料、氧化铝陶瓷及制备方法，具体以83-86份的氧化铝陶瓷粉和14-17份的有机物为原料，提供一种致密度高、收缩小、精度高的氧化铝陶瓷。然而上述专利提供的材料适宜简单大件及结构简单件注塑，如普通块或者圆环的制备。当制备大结构产品、高精度模具设计或复杂的产品结构件时，对于模具设计及注塑要求更加严格，不利于量产。同时开裂或鼓泡等问题会增多，良率无法得到保证，无法充分体现氧化铝低廉等优势，降低使用氧化铝注塑工艺的需求。
发明内容
[0006]本发明的目的是提供适用于注射成型的氧化铝复合材料及其制备方法。
[0007]一种注射成型用氧化铝复合材料，包括粉体和粘结剂，所述粘结剂与粉体的质量比为(15-19):(81-85);
[0008]所述粉体包括重量份如下的组分：
[0009]氧化铝96.0-99.9份、氧化纳0.5-2.0份、氧化铁0.2-1.0份和氧化钙/氧化镁0.3-1.0份;
[0010]其中，所述粉体的比表面积为6-8m2/g;松装密度为0.8-1.1g/cm3;
[0011]所述粘结剂包括质量比如下的组分：
[0012]聚氨酯(TPU)14-18份、聚丙烯(PP)24-28份、聚甲醛(POM)3.5-4.5份、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)7-9份、聚乙烯(PE)14-18份、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)8-10份和石蜡15-21份;
[0013]氧化铝复合材料的粘度值为150Pa·s-350Pa·s，流动值为100g/10min-250g/10min。
[0014]所述粘结剂包括骨架型粘结剂、增塑剂和表面活性剂，所述骨架型粘结剂包括聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛、乙烯醋酸乙烯共聚物，所述增塑剂为DOP，所述表面活性剂为石蜡。
[0015]优选的，所述粘结剂与粉体的质量比为(17-18):(82-83);进一步优选的，所述粘结剂与粉体的质量比为18:82。
[0016]优选的，所述粘结剂包括质量比如下的组分：
[0017]聚氨酯15份、聚丙烯28份、聚甲醛4份、乙烯醋酸乙烯共聚物8份、聚乙烯16份、邻苯二甲酸二辛酯10份和石蜡19份。
[0018]本发明还提供了上述注射成型用氧化铝复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)粉体烘干：
[0020]将粉体混合后烘干，使烘干后粉体含水量≤0.4%;
[0021](2)混炼：
[0022]将混炼机预热，在预热后的混炼机中依次加入烘干后的粉体与粘结剂，首先在低速下预混合，然后在高速下混合，保温一定时间，自然冷却至取料温度之后得到喂料;
[0023](3)造粒：
[0024]将上述喂料加入造粒机，在造粒温度下保温造粒得到氧化铝复合材料。
[0025]优选的，步骤(1)中，所述烘干温度为150-200℃，烘干时间为6-12小时;
[0026]优选的，步骤(2)中，所述混炼机预热温度为170-190℃;低速为10-20r/min，预混合时间为10-30分钟;高速为40-80r/min，混合时间为60-180分钟，保温温度为170-190℃，保温时间为90-150min;取料温度为100-150℃。
[0027]优选的，步骤(3)中，所述造粒温度为100-150℃;氧化铝复合材料的直径为3.5mm，长度为2-6mm。
[0028]制备得到的氧化铝复合材料的粘度值为150Pa·s-350Pa·s，流动值为100g/10min-250g/10min。
[0029]本发明还提供了上述注射成型用氧化铝复合材料或上述制备方法制得的注射成型用氧化铝复合材料的应用，用于陶瓷制品的制备。
[0030]优选的，陶瓷制品的制备包括如下步骤：
[0031]a.注塑成型
[0032]将氧化铝复合材料加入注塑机中，注塑成型为车载部件使用的陶瓷生坯;
[0033]b.脱脂
[0034]将陶瓷生坯放置在脱脂炉中，以速度v1升温至脱脂温度，进行脱脂;
[0035]c.烧结
[0036]将脱脂后的陶瓷生坯放置在烧结炉中，以速度v2升温至烧结温度，在保温时间内进行烧结，然后自然冷却得到陶瓷制品。
[0037]优选的，步骤a中，所述注塑成型温度为180-210℃，成型压力为20-100Mpa，成型周期为30-70s。
[0038]优选的，步骤b中，所述速度v1为5-12℃/h，脱脂温度为550-600℃。
[0039]优选的，步骤c中，所述速度v2为80-120℃/h，烧结温度为1600-1650℃，保温时间为2-5h。
[0040]优选的，所述陶瓷制品为车载部件;进一步优选的，车载部件为新能源电车中电池连接部件。
[0041]本发明通过粉体与粘结剂的结合，调整改善注塑工艺车载部件中使用的产品，本发明专利能够通过主要结构一次成型，80%尺寸不需加工，制得陶瓷制品的良率能达到93.1%以上、开裂比例小于0.06%，满足中大型复杂结构件的生产需求。
[0042]有益效果：
[0043]1.本发明提供了一种可以直接注塑成型产品进行热脱酯、产品大小及结构可以不受到限制，且部分尺寸可不用加工，单一使用热脱的注射成型用氧化铝复合材料。通过粉体改善及粘结剂配方进行调整，在保证氧化铝陶瓷固有性能的基础上，使产品脱脂性能，尺寸稳定性能，结构性能得到更好提升，同时避免开裂及鼓包等问题。
[0044]2.经本发明提供的氧化铝复合材料制成的车载部件具有如下主要技术指标：
[0045]密度：3.90-3.99g/cm3，收缩率:15.0-15.5%，硬度：80-90HBA，抗弯强度：350-370MRA，开裂比例：<0.03%，尺寸良率：≥99.6%。
附图说明
[0046]图1为应用例2制备的陶瓷制品示意图。
具体实施方式
[0047]下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
[0048]各实施例、对比例和应用例中使用的原料均为现有市售常规原料，具体来源在此不再赘述。
[0049]名词解释：
[0050]D50：一个粉体样品的累积粒度分布数达到50%时所对应的粒径，它的物理意义是粒径小于(或大于)它的颗粒占50%。
[0051]BET：比表面积，表征粉体中粒子粗细以及固体吸附能力的一种量度，通过动态吸附法进行测试，单位质量物料所具有的总面积。
[0052]粘度：喂料在160℃下保温5min，在50N的作用力下，通过1*2mm孔径的速率即为所测试样品喂料粘度。
[0053]流动性:喂料在185℃下保温5min，在5kg砝码的作用力下，固定孔径，通过固定距离产品速率即为所测试样品喂料流动性。
[0054]密度：通过电子分析天平分别称量出待测试样品在空气和水中的重量，通过浸泡法比重测试样品密度。
[0055]收缩率：通过测试胚体烧结前后尺寸变化，即收缩率=(L生胚-L成瓷)/L生胚。
[0056]洛氏硬度(HRA)：采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度
[0057]抗弯强度：指将一定尺寸30*30*2mm的试样，插在试样座内，在上下压板之间按照固定的速率进行施压，试样被压溃前所能承受的最大力。
[0058]开裂比例：产品烧结后外观目视开裂数量，即开裂比例=成瓷开裂数量/生胚投入数量*100%。
[0059]尺寸良率：包含结构件长、宽及轮廓度(轮廓度：是指被测实际轮廓度相对与理想轮廓度的变动情况，可以带基准或不带基准)。由OMM或者CDD进行测试。
[0060]实施例1-8
[0061]一种注塑成型用氧化铝复合材料，包括粉体和粘结剂，粉体与粘结剂的组成和重量份详见表1。
[0062]对比例1-6
[0063]一种注塑成型用氧化铝复合材料，包括粉体和粘结剂，粉体与粘结剂的组成和重量份详见表1。
[0064]表1粉体与粘结剂的组成和重量份
[0065]
[0066]
[0067]应用例1
[0068]注射成型用氧化铝复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0069](1)粉体烘干：
[0070]将粉体混合后烘干，使烘干后粉体含水量≤0.2%;
[0071](2)混炼：
[0072]将混炼机预热，在预热后的混炼机中依次加入烘干后的粉体与粘结剂，首先在低速下预混合，然后在高速下混合，保温一定时间，自然冷却至取料温度之后得到喂料;
[0073](3)造粒：
[0074]将上述喂料加入造粒机，在造粒温度下保温造粒得到99%氧化铝复合材料。
[0075]步骤(1)和步骤(2)中的粉体和粘结剂投料比例分别使用实施例1-8和对比例1-6提供的粉体和粘结剂比例关系;
[0076]步骤(1)中，所述烘干温度为180℃，烘干时间为8小时;
[0077]步骤(2)中，所述混炼机预热温度为190℃;低速为20r/min，预混合时间为20分钟;高速为50r/min，混合时间为90分钟，保温温度为185℃，保温时间为120min;取料温度为140℃;
[0078]步骤(3)中，所述造粒温度为130℃;氧化铝复合材料的直径为3.5mm，长度为3mm。
[0079]制得的复合材料的性能如表2所示。
[0080]应用例2
[0081]将应用例1制得的各氧化铝复合材料用于制备如图1所示的陶瓷制品，陶瓷制品具体为车载部件，更具体的为新能源电车中电池连接部件，陶瓷制品的尺寸为长71.05±0.1cm*宽39.32±0.1cm，陶瓷制品的制备步骤如下：
[0082]a.注塑成型
[0083]将氧化铝复合材料加入注塑机中，注塑成型为车载部件使用的陶瓷生坯;
[0084]b.脱脂
[0085]将车载部件陶瓷生坯放置在脱脂炉中，以速度v1升温至脱脂温度，进行脱脂;
[0086]c.烧结
[0087]将脱脂后的车载部件陶瓷生坯放置在烧结炉中，以速度v2升温至烧结温度，在保温时间内进行烧结，然后自然冷却得到陶瓷制品。
[0088]本应用例中，步骤a中，所述车载部件陶瓷生胚注塑成型温度为195℃，成型压力为60Mpa，注射注塑为65mm/s，保压速度：300mm/s，保压压力为85MPA，保压时间为4s，成型周期为50s，模温为50℃。
[0089]步骤b中，所述速度v1为6.5℃/h，脱脂最高温度为570℃。总脱脂时间82h。
[0090]步骤c中，所述速度v2为65℃/h，烧结温度为1625℃，保温时间为3.5h。
[0091]制得的陶瓷制品的性能如表2所示。
[0092]表2复合材料和陶瓷制品的性能
[0093]
[0094]结合表2测得数据：
[0095]实施例1-4及对比例1数据表明，当氧化铝的重量份降低为95时，制得的车载部件密度会升高，但强度及硬度会同步下降，收缩率变大，尺寸良率降低，开裂比例同步有所上升。
[0096]实施例1-4数据表明，当使用固定粘结剂配方时，氧化铝含量升高，制得的车载部件的密度轻微下降，硬度及抗弯强度同步升高，尺寸稳定性增强。氧化铝含量升高对于粘度及流动性影响较小，均在正常范围进行波动。
[0097]实施例4及对比例2-8数据表明，粘结剂配方为实施例1-4中配方时，制得的氧化铝复合材料及陶瓷制品的性能最佳，粉体占比越高，复合材料粘度越高，胚体尺寸良率越低，尺寸偏大;粉体占比越低，复合材料粘度越低，胚体尺寸良率越低，尺寸偏小。
[0098]实施例7-8和对比例4-6结果数据表明，降低粘结剂内TPU、PP、EVA等含量同时提高POM、PE、DOP、PW等的含量，颗粒粘度明显下降，复合材料流动性明显提高，胚体硬度、抗弯强度均会出现较为明显上升，尺寸良率同步上升;
[0099]实施例4和对比例2结果数据表明，稳定TPU、PP、EVA、PE、PW、DOP含量，通过油酸及
硅烷偶联剂替换POM，会明显降低复合材料粘度，提高轮廓度变形量，影响及降低尺寸良率;硬度及抗弯强度会呈现下降趋势。
[0100]对比例3结果数据表明，TPU、PP、EVA含量占比过高，不加入POM、PE、DOP、PW等粘结剂，会明显提高复合材料粘度，降低复合材料流动性。同步降低硬度及抗弯强度，根据尺寸良率及开裂比例可以看出，该粘结剂配方在混炼过程中存在不均匀现象，高分子含量过高，尺寸波动大，收缩率过大。实施例7-8和对比例4-6结果数据表明，降低粘接剂内TPU、PP、EVA等含量，适当增加POM、PE、PW、DOP等含量，复合材料粘度明显降低，流动性明显提升，轮廓度变形量降低，挤压强度及抗弯强度趋于中上限，同步提升PE和DOP含量时，复合材料性能会较单独降低TPU和PP等含量有一定提升，尺寸良率及开裂比例也较为稳定。
[0101]实施例4和实施例5-6数据表明，粉体与粘结剂的质量份数比增加时，复合材料粘度增加，抗弯强度和硬度略微降低，尺寸良率降低，轮廓度增加表明变行率升高。开裂比例增加说明粉体含量过高时，粘结剂分散不均匀导致脱脂出现问题。
[0102]综上，本发明提供的粉体配比、粉体与粘结剂的配比及混炼条件相互配合，使得制得的氧化锆陶瓷制品的性能最佳。
说明书附图(1)
声明：
“注射成型用氧化铝复合材料及其制备方法和应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：长沙国瓷新材料有限公司
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2025年03月28日 ~ 30日 
