基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法与流程

1.本发明涉及陶瓷手臂制备技术领域，具体涉及一种基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法。

背景技术：

2.半导体芯片是指在半导体基材上采取一系列加工措施后制成的一种器件，目前在各个行业中都发挥着十分关键的作用，是现代信息社会的保障，被广泛应用在生活、工业、军事、航天等方面。机械手是晶圆传输系统的核心，承担着快速、平稳、高效传输晶圆的任务。在传输晶圆时，陶瓷手臂的抓取和放置动作一般通过真空的吸附和释放来实现，要求手臂的抓取和放置过程中不会损坏晶圆，且不能给整个生产操作间带入任何污染。
3.先进陶瓷材料因具有诸如高熔点、高硬度、低导热系数、化学稳定性、耐腐蚀性等各种优异性能而被广泛应用于制备晶圆传输系统用陶瓷手臂。目前的陶瓷手臂制备方法主要是首先使用数控机床对陶瓷板进行精加工，随后依靠陶瓷板组合以形成带有气道的陶瓷手臂，陶瓷板之间通常使用粘结剂进行固定。然而，陶瓷的高硬度和高脆性使得其加工变得十分困难，一方面加工过程中容易发生脆断，另一方面，刀具的磨损使得陶瓷手臂的加工成本一直居高不下；此外，粘结剂会随着使用时间的增加逐渐老化且难以在高温、腐蚀等苛刻环境中使用，导致陶瓷手臂的使用寿命较短。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、可提高成品率、降低加工成本且能显著提高陶瓷手臂的使用寿命的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法。
5.为解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案。
6.一种基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)将聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯和陶瓷原料混合，并加入聚乙烯醇缩丁醛和/或乙烯-醋酸乙烯共聚物，经过混炼，得到陶瓷喂料；所述聚乙二醇为高分子量聚乙二醇或者为高分子量聚乙二醇与低分子量聚乙二醇的混合物，所述高分子量聚乙二醇选自聚乙二醇2000至聚乙二醇8000中的一种或多种，所述低分子量聚乙二醇选自聚乙二醇200至聚乙二醇600中的一种或多种，其中，按质量分数计，高分子量聚乙二醇为5％～35％，低分子量聚乙二醇为0％～5％，聚甲基丙烯酸甲酯为1％～10％，陶瓷原料为60％～90％，聚乙烯醇缩丁醛为0～5％，乙烯-醋酸乙烯共聚物为0～5％，聚乙烯醇缩丁醛与乙烯-醋酸乙烯共聚物不同时为0；
8.(2)将所述陶瓷喂料冷却并破碎，得到喂料颗粒；
9.(3)将乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛、塑化剂和碳酸钠混合进行球磨，得到浆料；其中，乙醇∶乙酸乙酯∶乙酸丁酯的质量比为1∶0.2～1∶0.2～1，碳酸钠∶(乙醇+乙酸乙酯+乙酸丁酯)∶球磨介质的质量比为1∶0.5～1.5∶1～3，所述聚乙烯醇缩丁醛的质
量为碳酸钠质量的5％～15％，所述塑化剂的质量为聚乙烯醇缩丁醛质量的10％～50％；
10.(4)将浆料流延成型，得到碳酸钠基流延片，然后加工成预设的气道形状，得到具有气道形状的碳酸钠基流延片；
11.(5)将部分喂料颗粒注射成型，得到注射成型半坯体，然后将具有气道形状的碳酸钠基流延片设于所述注射成型半坯体上，再加入另一部分喂料颗粒二次注射成型，得到注射成型坯体；
12.(6)将所述注射成型坯体浸泡于水中进行水脱脂；
13.(7)将水脱脂后的坯体烘干，然后于1300℃～1700℃下进行烧结，得到具有气道的陶瓷烧结体，将具有气道的陶瓷烧结体进行加工和抛光，得到陶瓷手臂。
14.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，所述低分子量聚乙二醇为聚乙二醇200，所述高分子量聚乙二醇为聚乙二醇2000和/或聚乙二醇8000。
15.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(5)中的具体过程如下：
16.(5.1)将部分喂料颗粒注射成型，得到注射成型半坯体，其中，所述注射成型的温度为120℃～180℃，所述注射成型的注射压力为8mpa～12mpa，成型保压压力为6mpa～8mpa，成型保压时间为5s～30s；
17.(5.2)脱模后，将所述具有气道形状的碳酸钠基流延片粘贴于所述注射成型半坯体上；
18.(5.3)将另一部分喂料颗粒以粘贴有具有气道形状的碳酸钠基流延片的注射成型半坯体为基体进行二次注射成型，得到注射成型坯体，其中，所述二次注射成型的温度为120℃～180℃，所述二次注射成型的注射压力为8mpa～12mpa，成型保压压力为6mpa～8mpa，成型保压时间为5s～30s。
19.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(5)中，部分喂料颗粒与另一部分喂料颗粒的质量比为0.3～0.7∶0.3～0.7。
20.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述陶瓷原料包括氧化铝、氧化锆、氧化锌和氧化钛中的一种或多种。
21.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(3)中，所述塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
22.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(6)中，所述水的温度为40℃～60℃，所述浸泡的时间为12h～24h。
23.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述混炼的温度为120℃～180℃，所述混炼的时间为2h～5h；步骤(2)中，所述破碎是指破碎至粒径为3mm～5mm。
24.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(3)中，所述球磨介质为氧化铝球或氧化锆球，所述球磨的时间为6h～24h。
25.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述流延成型过程中，刮刀高度为1mm～3mm，流延速度为5mm/s～30mm/s。
26.上述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(7)中，所述烘干的温度为40℃～80℃，所述烧结的保温时间为2h～10h，所述烧结的方式为真空烧结或
常压烧结，所述烧结的气氛为空气、氮气、氩气和氢气中的至少一种；所述加工为数控机床的精密加工。
27.本发明中，聚乙二醇的分子量通常指数均分子量，即常规商购中记载的分子量，高分子量聚乙二醇选自分子量为2000-8000的聚乙二醇中的一种或多种，低分子量聚乙二醇选自分子量为200-600的聚乙二醇中的一种或多种。
28.本发明中，气道为陶瓷手臂中的常规气道，其形状包括u形、y型、i型等，气道的截面宽度在0.5-1mm之间，截面长度为5-20mm，但不限于此。
29.与现有技术相比，本发明的优点在于：
30.(1)本发明以聚乙二醇为相对低分子量的粘结剂，聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛以及乙烯-醋酸乙烯共聚物为骨架粘结剂制备了高固含量且分散性好的水基(可用水浸泡)注射成型陶瓷喂料。相对于蜡基注射成型，水基注射成型中的低分子粘结剂可以用去离子水溶解去除，不会使用大量有机溶剂，对人体和环境无害。
31.(2)本发明使用注射成型工艺制备陶瓷手臂，与传统方法相比，具有成型周期短、生产效率高、易实现自动化的优点，容易实现批量生产；更重要的是，注射成型可以实现近静尺寸成型，烧结后只需进行少量加工即可得到陶瓷手臂，而目前现有技术加工陶瓷手臂主要为加工陶瓷板，陶瓷板与陶瓷手臂的外形相差较大，需要经过cnc、平面磨等多道工序才能完成，相比于现有技术，本发明的成品率高且可以节约大量的加工成本。
32.(3)本发明以碳酸钠和聚乙烯醇缩丁醛为主要原料，通过流延成型制备了水溶性薄膜型芯，结合二次注射成型工艺将得到了包含超薄型芯的注射成型坯体，经排胶烧结后即可实现陶瓷手臂的超薄气道，另外，该型芯经水脱脂和烧结后可被完全移除，无杂质残留，不会对气道造成污染。
33.(4)本发明提供的陶瓷手臂由一体成型工艺制备，无需使用粘结剂粘结陶瓷板形成气道，气密性好且具有更优异的耐腐蚀性，使用寿命更长。
具体实施方式
34.以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
35.实施例1
36.一种本发明的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
37.(1)称取18g聚乙二醇200(0.9％)、216g聚乙二醇2000(10.8％)、90g聚甲基丙烯酸甲酯(4.5％)、36g乙烯-醋酸乙烯共聚物(1.8％)以及1640g氧化铝粉(82％)置于密炼机中混炼，得到氧化铝喂料，其中密炼机温度为150℃，混炼时间为3h。
38.(2)将氧化铝喂料从密炼机中取出并冷却，随后使用颚式破碎机将其破碎成粒径3-5mm的喂料颗粒。
39.(3)称取60g乙醇、60g乙酸乙酯、60g乙酸丁酯、20g聚乙烯醇缩丁醛、8g邻苯二甲酸二辛酯、180g碳酸钠以及540g氧化铝球置于球磨机中球磨得到浆料，其中球磨时间为12h。
40.(4)使用流延成型机将浆料流延成型，得到碳酸钠基流延片，流延片厚度为0.7mm，宽度为8mm，随后使用切割设备(如线切割机)将其切割成预设的气道形状，其中刮刀高度为2mm，流延速度为20mm/s，得到具有气道形状的碳酸钠基流延片。
41.(5)使用注射成型机将步骤(2)的喂料颗粒和步骤(4)中具有气道形状的碳酸钠基流延片注射成型，得到注射成型坯体，具体步骤如下：
42.(5.1)将部分喂料颗粒倒入注射成型机料筒中并设置参数后进行注射成型，得到注射成型半坯体，其中注射温度为140℃，注射压力为10mpa，成型保压压力为7mpa，保压时间为15s；
43.(5.2)脱模后，使用粘结剂(如502胶水)将具有气道形状的碳酸钠基流延片粘贴在注射成型半坯体上；
44.(5.3)将另一部分喂料颗粒再次倒入注射成型机料筒中，并以粘贴碳酸钠基流延片的注射成型半坯体为基体进行二次注射成型，得到注射成型坯体，其中注射温度为140℃，注射压力为10mpa，成型保压压力为7mpa，保压时间为15s。
45.其中，部分喂料颗粒与另一部分喂料颗粒的质量比在0.3～0.7∶0.3～0.7范围即可。
46.(6)将注射成型坯体浸泡在去离子水中进行水脱脂以去除碳酸钠和聚乙二醇，其中去离子水温度为40℃，浸泡时间为18h。
47.(7)将水脱脂后的坯体置于烘箱中烘干后再置于烧结炉中烧结，得到具有气道的氧化铝陶瓷烧结体，其中烘箱温度为50℃，烧结温度为1650℃，保温时间为5h，烧结方式为常压烧结，烧结气氛为空气。使用数控机床对具有气道的陶瓷烧结体进行精密加工和抛光后即可得到氧化铝陶瓷手臂。
48.实施例2
49.一种本发明的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
50.(1)称取240g聚乙二醇2000(12％)、80g聚甲基丙烯酸甲酯(4％)、40g聚乙烯醇缩丁醛(2％)、40g乙烯-醋酸乙烯共聚物(2％)以及1600g氧化铝粉(80％)置于密炼机中混炼，得到氧化铝喂料，其中密炼机温度为160℃，混炼时间为3h。
51.(2)将氧化铝喂料从密炼机中取出并冷却，随后使用颚式破碎机将其破碎成粒径3-5mm的喂料颗粒。
52.(3)称取90g乙醇、45g乙酸乙酯、45g乙酸丁酯、18g聚乙烯醇缩丁醛、6g邻苯二甲酸二丁酯、180g碳酸钠以及360g氧化铝球置于球磨机中球磨得到浆料，其中球磨时间为24h。
53.(4)使用流延成型机将浆料流延成型，得到碳酸钠基流延片，随后使用切割设备将其切割成气道形状，其中刮刀高度为2mm，流延速度为20mm/s。
54.(5)使用注射成型机将喂料颗粒和具有气道形状的碳酸钠基流延片注射成型，得到注射成型坯体，具体步骤如下：
55.(5.1)将部分喂料颗粒倒入注射成型机料筒中并设置参数后进行注射成型，得到注射成型半坯体，其中注射温度为150℃，注射压力为12mpa，保压压力为8mpa，保压时间为15s；
56.(5.2)脱模后，使用粘结剂将具有气道形状的碳酸钠基流延片粘贴在注射成型半坯体上；
57.(5.3)将另一部分喂料颗粒再次倒入注射成型机料筒中，并以粘贴碳酸钠基流延片的注射成型半坯体为基体进行二次注射成型，得到注射成型坯体，其中注射温度为150℃，注射压力为12mpa，保压压力为8mpa，保压时间为15s。
58.(6)将注射成型坯体浸泡在去离子水中进行水脱脂以去除碳酸钠和聚乙二醇，其中去离子水温度为40℃，浸泡时间为24h。
59.其中，部分喂料颗粒与另一部分喂料颗粒的质量比在0.3～0.7∶0.3～0.7范围即可。
60.(7)将水脱脂后的坯体置于烘箱中烘干后置于烧结炉中烧结，得到具有气道的氧化铝陶瓷烧结体，其中烘箱温度为60℃，烧结温度为1650℃，保温时间为5h，烧结方式为常压烧结，烧结气氛为空气。使用数控机床对具有气道的陶瓷烧结体进行精密加工和抛光后即可得到氧化铝陶瓷手臂。
61.实施例3
62.一种本发明的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
63.(1)称取221g聚乙二醇2000(11.1％)、34g聚乙二醇8000(1.7％)、85g聚甲基丙烯酸甲酯(4.3％)、1500g氧化铝粉(75.4％)以及150g氧化钛粉(7.5％)置于密炼机中混炼，得到陶瓷喂料，其中密炼机温度为140℃，混炼时间为3h。
64.(2)将陶瓷喂料从密炼机中取出并冷却，随后使用颚式破碎机将其破碎成粒径3-5mm的喂料颗粒。
65.(3)称取90g乙醇、60g乙酸乙酯、30g乙酸丁酯、20g聚乙烯醇缩丁醛、6g邻苯二甲酸二丁酯、200g碳酸钠以及500g氧化铝球置于球磨机中球磨得到浆料，其中球磨时间为24h。
66.(4)使用流延成型机将浆料流延成型，得到碳酸钠基流延片，随后使用切割设备将其切割成气道形状，其中刮刀高度为2mm，流延速度为20mm/s。
67.(5)使用注射成型机将喂料颗粒和具有气道形状的碳酸钠基流延片注射成型，得到注射成型坯体，具体步骤如下：
68.(5.1)将部分喂料颗粒倒入注射成型机料筒中并设置参数后进行注射成型，得到注射成型半坯体，其中注射温度为140℃，注射压力为10mpa，保压压力为6mpa，保压时间为15s；
69.(5.2)脱模后，使用粘结剂将具有气道形状的碳酸钠基流延片粘贴在注射成型半坯体上；
70.(5.3)将另一部分喂料颗粒再次倒入注射成型机料筒中，并以粘贴碳酸钠基流延片的注射成型半坯体为基体进行二次注射成型，得到注射成型坯体，其中注射温度为140℃，注射压力为10mpa，保压压力为6mpa，保压时间为15s。
71.其中，部分喂料颗粒与另一部分喂料颗粒的质量比在0.3～0.7∶0.3～0.7范围即可。
72.(6)将注射成型坯体浸泡在去离子水中进行水脱脂以去除碳酸钠和聚乙二醇，其中去离子水温度为40℃，浸泡时间为24h。
73.(7)将水脱脂后的坯体置于烘箱中烘干后埋入石墨粉中并置于烧结炉中烧结，得到具有气道的氧化铝防静电陶瓷烧结体，其中烘箱温度为50℃，烧结温度为1400℃，保温时间为5h，烧结方式为真空烧结。使用数控机床对具有气道的陶瓷烧结体进行精密加工和抛光后即可得到氧化铝基防静电陶瓷手臂。
74.实施例4
75.一种本发明的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
76.(1)称取15g聚乙二醇200(0.75％)、195g聚乙二醇2000(9.75％)、15g聚乙二醇8000(0.75)、45g聚甲基丙烯酸甲酯(2.25％)、30g聚乙烯醇缩丁醛(1.5％)以及1700g氧化锆粉(3ysz，85％)置于密炼机中混炼，得到氧化锆喂料，其中密炼机温度为140℃，混炼时间为3h。
77.(2)将氧化锆喂料从密炼机中取出并冷却，随后使用颚式破碎机将其破碎成粒径3-5mm的喂料颗粒。
78.(3)称取60g乙醇、60g乙酸乙酯、60g乙酸丁酯、20g聚乙烯醇缩丁醛、6g邻苯二甲酸二丁酯、200g碳酸钠以及600g氧化锆球置于球磨机中球磨得到浆料，其中球磨时间为18h。
79.(4)使用流延成型机将浆料流延成型，得到碳酸钠基流延片，随后使用切割设备将其切割成气道形状，其中刮刀高度为2mm，流延速度为20mm/s。
80.(5)使用注射成型机将喂料颗粒和具有气道形状的碳酸钠基流延片注射成型，得到注射成型坯体，具体步骤如下：
81.(5.1)将部分喂料颗粒倒入注射成型机料筒中并设置参数后进行注射成型，得到注射成型半坯体，其中注射温度为140℃，注射压力为10mpa，保压压力为8mpa，保压时间为20s；
82.(5.2)脱模后，使用粘结剂将具有气道形状的碳酸钠基流延片粘贴在注射成型半坯体上；
83.(5.3)将另一部分喂料颗粒再次倒入注射成型机料筒中，并以粘贴碳酸钠基流延片的注射成型半坯体为基体进行二次注射成型，得到注射成型坯体，其中注射温度为140℃，注射压力为10mpa，保压压力为8mpa，保压时间为20s。
84.其中，部分喂料颗粒与另一部分喂料颗粒的质量比在0.3～0.7∶0.3～0.7范围即可。
85.(6)将注射成型坯体浸泡在去离子水中进行水脱脂以去除碳酸钠和聚乙二醇，其中去离子水温度为40℃，浸泡时间为24h。
86.(7)将水脱脂后的坯体置于烘箱中烘干后置于烧结炉中烧结，得到具有气道的氧化锆陶瓷烧结体，其中烘箱温度为50℃，烧结温度为1490℃，保温时间为3h，烧结方式为常压烧结，烧结气氛为空气。使用数控机床对具有气道的氧化锆烧结体进行精密加工和抛光后即可得到氧化锆陶瓷手臂。
87.实施例5
88.一种本发明的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
89.(1)称取15g聚乙二醇200(0.75％)、195g聚乙二醇2000(9.75％)、15g聚乙二醇8000(0.75％)、45g聚甲基丙烯酸甲酯(2.25％)、30g聚乙烯醇缩丁醛(1.5％)、1350g氧化锆粉(5ysz)(67.5％)和350g氧化锌粉(17.5％)置于密炼机中混炼，得到陶瓷喂料，其中密炼机温度为140℃，混炼时间为3h。
90.(2)将陶瓷喂料从密炼机中取出并冷却，随后使用颚式破碎机将其破碎成粒径3-5mm的喂料颗粒。
91.(3)称取60g乙醇、60g乙酸乙酯、60g乙酸丁酯、20g聚乙烯醇缩丁醛、6g邻苯二甲酸二丁酯、200g碳酸钠以及600g氧化锆球置于球磨机中球磨得到浆料，其中球磨时间为24h。
92.(4)使用流延成型机将浆料流延成型，得到碳酸钠基流延片，随后使用切割设备将
其切割成气道形状，其中刮刀高度为2mm，流延速度为20mm/s。
93.(5)使用注射成型机将喂料颗粒和具有气道形状的碳酸钠基流延片注射成型，得到注射成型坯体，具体步骤如下：
94.(5.1)将部分喂料颗粒倒入注射成型机料筒中并设置参数后进行注射成型，得到注射成型半坯体，其中注射温度为140℃，注射压力为10mpa，保压压力为8mpa，保压时间为20s；
95.(5.2)脱模后，使用粘结剂将具有气道形状的碳酸钠基流延片粘贴在注射成型半坯体上；
96.(5.3)将另一部分喂料颗粒再次倒入注射成型机料筒中，并以粘贴碳酸钠基流延片的注射成型半坯体为基体进行二次注射成型，得到注射成型坯体，其中注射温度为140℃，注射压力为10mpa，保压压力为8mpa，保压时间为20s。
97.其中，部分喂料颗粒与另一部分喂料颗粒的质量比在0.3～0.7∶0.3～0.7范围即可。
98.(6)将注射成型坯体浸泡在去离子水中进行水脱脂以去除碳酸钠和聚乙二醇，其中去离子水温度为40℃，浸泡时间为24h。
99.(7)将水脱脂后的坯体置于烘箱中烘干后置于烧结炉中烧结，得到具有气道的氧化锆防静电陶瓷烧结体，其中烘箱温度为50℃，烧结温度为1300℃，保温时间为3h，烧结方式为气压烧结，烧结气氛为氮气，烧结压力为5mpa。使用数控机床对具有气道的陶瓷烧结体进行精密加工和抛光后即可得到氧化锆防静电陶瓷手臂。
100.对比例1
101.一种陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
102.(1)称取5000g氧化铝粉、5000g去离子水、25g聚乙烯醇以及15000g氧化铝球置于滚筒式球磨罐中进行球磨后得到陶瓷浆料，球磨时间为24小时；
103.(2)将陶瓷浆料经喷雾造粒、干燥后得到球形氧化铝原料颗粒，其中喷雾干燥塔的温度为230℃，烘箱温度为50℃，颗粒尺寸分布为50-150微米；
104.(3)将球形氧化铝原料颗粒进行干压-等静压成型，得到氧化铝陶瓷素坯，其中干压成型压力为50mpa，保压时间为5分钟，等静压成型压力为150mpa，保压时间为15分钟，坯体尺寸为400mm
×
150mm
×
20mm；
105.(4)将氧化铝陶瓷素坯放置于硅钼棒炉中烧结，得到氧化铝陶瓷板，烧结温度为1650℃，保温时间为3h，烧结方式为常压烧结，烧结气氛为空气；
106.(5)取出两块氧化铝陶瓷板，使用平面磨将其磨平并使其厚度达到2mm，磨平后使用数控机床等精细加工和抛光设备对其进行加工，最后使用粘结剂将两块陶瓷板粘结得到氧化铝陶瓷手臂。
107.对比例2
108.一种陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
109.(1)称取5000g氧化锆(3ysz)粉、4000g去离子水、25g聚乙烯醇以及15000g氧化锆球置于滚筒式球磨罐中进行球磨后得到陶瓷浆料，球磨时间为24小时；
110.(2)将陶瓷浆料经喷雾造粒、干燥后得到球形氧化锆原料颗粒，其中喷雾干燥塔的温度为230℃，烘箱温度为50℃，颗粒尺寸分布为50-150微米；
111.(3)将球形氧化锆原料颗粒进行干压-等静压成型，得到氧化锆陶瓷素坯，其中干压成型压力为50mpa，保压时间为5分钟，等静压成型压力为150mpa，保压时间为15分钟，坯体尺寸为400mm
×
150mm
×
20mm；
112.(4)将氧化锆陶瓷素坯放置于硅钼棒炉中烧结，得到氧化锆陶瓷板，烧结温度为1490℃，保温时间为3h，烧结方式为常压烧结，烧结气氛为空气；
113.(5)取出两块氧化锆陶瓷板，使用平面磨将其磨平并使其厚度达到2mm，磨平后使用数控机床等精细加工抛光设备对其进行加工，最后使用粘结剂将两块陶瓷板粘结得到氧化锆陶瓷手臂。
114.对比例3
115.一种陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
116.(1)称取7500g氧化锆(5ysz)粉、1500g氧化锌粉、7500g去离子水、50g聚乙烯醇以及27000g氧化锆球置于滚筒式球磨罐中进行球磨后得到陶瓷浆料，球磨时间为24小时；
117.(2)将陶瓷浆料经喷雾造粒、干燥后得到球形防静电陶瓷原料颗粒，其中喷雾干燥塔的温度为230℃，烘箱温度为50℃，颗粒尺寸分布为50-150微米；
118.(3)将球形防静电原料颗粒进行干压-等静压成型，得到防静电陶瓷素坯，其中干压成型压力为50mpa，保压时间为5分钟，等静压成型压力为150mpa，保压时间为15分钟，坯体尺寸为400mm
×
150mm
×
20mm；
119.(4)将防静电陶瓷素坯放置于硅钼棒炉中烧结，得到氧化锆防静电陶瓷板，烧结温度为1300℃，保温时间为3h，烧结方式为气压烧结，烧结气氛为氮气；
120.(5)取出两块氧化锆防静电陶瓷板，使用平面磨将其磨平并使其厚度达到2mm，磨平后使用数控机床等精细加工和抛光设备对其进行加工，最后使用粘结剂将两块陶瓷板粘结得到氧化锆防静电陶瓷手臂。
121.采用阿基米德排水法法测试实施例1-5及对比例1-3的陶瓷的致密度；采用三点弯曲法测试实施例1-5及对比例1-3的陶瓷的抗弯强度；采用维氏硬度计测试实施例1-5及对比例1-3的陶瓷的维氏硬度；测试了实施例1-5和对比例3提供的陶瓷手臂在使用90天后的气密性；结果如表1所示。
122.表1实施例1-5和对比例1-3的性能测试表
[0123][0124]
上述实施例和对比例中，实施例1-3和对比例1制备了氧化铝陶瓷，实施例4和对比例2制备了氧化锆陶瓷，实施例5和对比例3制备了氧化锆防静电陶瓷。从表1中可以看出，实施例1～3的氧化铝陶瓷的致密度至少为99.1％，弯曲强度至少为423mpa，维氏硬度至少为16.7gpa，实施例4的氧化锆陶瓷致密度为99.4％硬度为12.4gpa，抗弯强度为912mpa，实施例5提供的氧化锆防静电陶瓷的致密度为97.3％，硬度为9.3gpa，抗弯强度为387mpa，相较于对比例1-3分别提供的氧化铝、氧化锆以及氧化锆防静电陶瓷，实施例1-5提供的陶瓷的力学性能没有出现明显下降，表明本发明提供的方法可以制备性能优异的陶瓷材料，适合工业生产。对比实施例1-5和对比例1-3提供的陶瓷手臂在使用90天后的气密性，可以发现实施例1-5使用90天后仍具有优良的气密性，而对比例1-3提供的陶瓷手臂由于粘结剂失效，使用90天后气密性较差。因此，本发明提供基于水基注射成型的陶瓷手臂制备方法可以制备出具有优异力学性能的陶瓷手臂，且相对于传统方法制备的陶瓷手臂，本发明提供的陶瓷手臂生产工艺简单，适合工业生产且可以节约大量加工成本，更重要的是，本发明提供的陶瓷手臂可以在更苛刻的环境中使用且具有更长的使用寿命。
[0125]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：

1.一种基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯和陶瓷原料混合，并加入聚乙烯醇缩丁醛和/或乙烯-醋酸乙烯共聚物，经过混炼，得到陶瓷喂料；所述聚乙二醇为高分子量聚乙二醇或者为高分子量聚乙二醇与低分子量聚乙二醇的混合物，所述高分子量聚乙二醇选自聚乙二醇2000至聚乙二醇8000中的一种或多种，所述低分子量聚乙二醇选自聚乙二醇200至聚乙二醇600中的一种或多种，其中，按质量分数计，高分子量聚乙二醇为5％～35％，低分子量聚乙二醇为0％～5％，聚甲基丙烯酸甲酯为1％～10％，陶瓷原料为60％～90％，聚乙烯醇缩丁醛为0～5％，乙烯-醋酸乙烯共聚物为0～5％；(2)将所述陶瓷喂料冷却并破碎，得到喂料颗粒；(3)将乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛、塑化剂和碳酸钠混合进行球磨，得到浆料；其中，乙醇∶乙酸乙酯∶乙酸丁酯的质量比为1∶0.2～1∶0.2～1，碳酸钠∶(乙醇+乙酸乙酯+乙酸丁酯)∶球磨介质的质量比为1∶0.5～1.5∶1～3，所述聚乙烯醇缩丁醛的质量为碳酸钠质量的5％～15％，所述塑化剂的质量为聚乙烯醇缩丁醛质量的10％～50％；(4)将浆料流延成型，得到碳酸钠基流延片，然后加工成预设的气道形状，得到具有气道形状的碳酸钠基流延片；(5)将部分喂料颗粒注射成型，得到注射成型半坯体，然后将具有气道形状的碳酸钠基流延片设于所述注射成型半坯体上，再加入另一部分喂料颗粒二次注射成型，得到注射成型坯体；(6)将所述注射成型坯体浸泡于水中进行水脱脂；(7)将水脱脂后的坯体烘干，然后于1300℃～1700℃下进行烧结，得到具有气道的陶瓷烧结体，将具有气道的陶瓷烧结体进行加工和抛光，得到陶瓷手臂。2.根据权利要求1所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，所述低分子量聚乙二醇为聚乙二醇200，所述高分子量聚乙二醇为聚乙二醇2000和/或聚乙二醇8000。3.根据权利要求1所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中的具体过程如下：(5.1)将部分喂料颗粒注射成型，得到注射成型半坯体，其中，所述注射成型的温度为120℃～180℃，所述注射成型的注射压力为8mpa～12mpa，成型保压压力为6mpa～8mpa，成型保压时间为5s～30s；(5.2)脱模后，将所述具有气道形状的碳酸钠基流延片粘贴于所述注射成型半坯体上；(5.3)将另一部分喂料颗粒以粘贴有具有气道形状的碳酸钠基流延片的注射成型半坯体为基体进行二次注射成型，得到注射成型坯体，其中，所述二次注射成型的温度为120℃～180℃，所述二次注射成型的注射压力为8mpa～12mpa，成型保压压力为6mpa～8mpa，成型保压时间为5s～30s。4.根据权利要求1所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，部分喂料颗粒与另一部分喂料颗粒的质量比为0.3～0.7∶0.3～0.7。5.根据权利要求1～3中任一项所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述陶瓷原料包括氧化铝、氧化锆、氧化锌和氧化钛中的一种或多种；步骤(3)中，所述塑化剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯和邻苯二甲酸二辛酯
中的至少一种。6.根据权利要求1～3中任一项所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述水的温度为40℃～60℃，所述浸泡的时间为12h～24h。7.根据权利要求1～3中任一项所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混炼的温度为120℃～180℃，所述混炼的时间为2h～5h；步骤(2)中，所述破碎是指破碎至粒径为3mm～5mm。8.根据权利要求1～3中任一项所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述球磨介质为氧化铝球或氧化锆球，所述球磨的时间为6h～24h。9.根据权利要求1～3中任一项所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述流延成型过程中，刮刀高度为1mm～3mm，流延速度为5mm/s～30mm/s。10.根据权利要求1～3中任一项所述的基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(7)中，所述烘干的温度为40℃～80℃，所述烧结的保温时间为2h～10h，所述烧结的方式为真空烧结或常压烧结，所述烧结的气氛为空气、氮气、氩气和氢气中的至少一种；所述加工为数控机床的精密加工。

技术总结

本发明公开了一种基于水基注射成型工艺的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：将聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯和陶瓷原料混合，并加入聚乙烯醇缩丁醛和/或乙烯-醋酸乙烯共聚物，经混炼，得陶瓷喂料；将陶瓷喂料冷却并破碎得喂料颗粒；将乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛、塑化剂和碳酸钠球磨，得浆料；将浆料流延成型，得碳酸钠基流延片，加工成气道；将喂料颗粒与具有气道形状的碳酸钠基流延片经两次注射成型，得注射成型坯体，经水脱脂、烘干、烧结，得具有气道的陶瓷烧结体，经加工和抛光，得陶瓷手臂。本发明的方法工艺简单，可提高成品率、降低加工成本，且能够显著提高陶瓷手臂的使用寿命。的使用寿命。