凝胶注模成型Al2O3陶瓷的显微结构及力学性能研究

以Al2O3粉为原料,TiO2+MgO为烧结助剂,琼脂糖为单体,聚丙烯酸铵为分散剂,利用凝胶注模及无压烧结工艺制备了Al2O3陶瓷.研究了琼脂糖固化机制、烧结助剂作用机理以及琼脂糖含量对Al2O3陶瓷坯体及烧结体的显微结构及力学性能的影响规律.试验结果表明,琼脂糖利用内部氢键的结合,形成三维网络状结构,将Al2O3粉原位凝固成型.TiO2+MgO烧结助剂使材料实现了液相烧结机制,有利于降低材料的烧结温度及促进致密化进程.随着琼脂糖含量增加,坯体的致密度、坯体及烧结体的抗弯强度均呈先增大后减小趋势.当琼脂糖含量为0.5wt;时,Al2O3陶瓷的抗弯强度达到最大值.     

高性能氮化硅陶瓷凝胶注模成型的研究

凝胶注模成型工艺的关键在于制备低粘度高固相体积含量的陶瓷浆料.本文以四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液为分散剂制备氮化硅陶瓷浆料,研究了pH值、分散剂含量、助烧剂含量以及固相体积含量对氮化硅浆料流变性的影响;测定了凝胶注模成型素坯以及烧结体的力学性能.研究结果表明:当pH＝10.5,分散剂加入量为6;(相对于氮化硅固相体积比),助烧剂加入量为10;(质量分数)时,浆料具有最好的流变性.根据以上制备的工艺参数,制备得到固相体积含量大于50;,具有良好流变性的浆料.铸模成型干燥后,素坯的抗弯强度达27MPa;常压烧结后氮化硅陶瓷具有优异的力学性能,其抗弯强度为730 MPa,断裂韧性高达8.8 MPa·m1/2.     

叔丁醇基凝胶注模成型制备ZTA多孔陶瓷

采用叔丁醇基凝胶注模成型工艺,以丙烯酰胺为单体制备了ZTA多孔陶瓷.优化了固含量、预混液浓度、引发剂用量和固化温度等成型工艺参数.分析了烧结温度和保温时间对多孔陶瓷气孔率及孔径分布的影响.研究发现固含量为10vol;、预混液浓度为15wt;、引发剂用量为20wt;、固化温度为40℃,在1500c℃条件下保温2h烧结得到的ZTA多孔陶瓷气孔率可达59.05;,最可及孔径为0.72 μm,孔径分布在0.40 ～5.00μm的气孔占总气孔的87.22;,压缩强度达到56.09MPa.     

凝胶注模成型Al2O3-ZrO2泡沫陶瓷的制备与表征

采用环保无毒生物高分子明胶作胶凝剂和四甲基氢氧化铵(TMAH)为分散剂,通过凝胶注模工艺制备了相对密度为10;～35;的ZrO2增韧Al2O3(ZTA)泡沫陶瓷,对制备泡沫陶瓷的结构和性能进行了表征.SEM分析表明泡沫陶瓷由相互贯通的球形孔室构成,其孔径分布取决于泡沫陶瓷的相对密度.ZTA泡沫陶瓷抗弯强度随相对密度从10;变化到31;而相应地从3.1 MPa提高至28.1 MPa,渗透系数随相对密度的增大呈指数衰减.     

凝胶注模成型液体干燥模型研究

本文通过对固相量为54;和58;的坯体在浓度为10;、20;、30;的聚乙二醇(PEGl0000)液体干燥剂中的干燥实验,建立了注凝成型湿坯液体干燥过程的一维动力学模型,以此模型对坯体含水量与干燥时间之间的定量关系进行描述,得到了较好的拟合效果.     

氧化锆凝胶注模工艺研究

采用凝胶注模成型超细粒度氧化锆陶瓷.使用小分子型分散剂PBTCA(2-磷酸丁烷1,2,4-三羧酸)制备高固相、低粘度浆料.探讨了分散剂含量、单体与交联剂的比例及引发剂的含量对生坯及氧化锆陶瓷性能的影响.结果表明:当固相含量为50vol;,分散剂加入量为0.2wt;,浆料的粘度为0.86 Pa·s.且当单体和交联剂的比例为15∶1、引发剂的加入量为2.5wt;时,生坯抗弯强度为29.56 MPa;经1520℃烧结后,氧化锆陶瓷体积密度和抗弯强度分别达到5.96 g/cm3和828.46 MPa.通过SEM进行断面观察,其结构均匀致密.     

SiC泡沫陶瓷的凝胶注模制备与表征

以高分子多糖明胶为胶凝剂,采用凝胶注模工艺制备SiC泡沫陶瓷.测量了分散剂加入前后浆料的ζ电位的变化.研究了分散剂四甲基氢氧化铵(TMAH)、明胶加入量、固含量等对SiC浆料流变性能的影响.结果表明:分散剂的加入对SiC颗粒的动力学行为有显著影响.在碱性范围内,ζ电位绝对值随TMAH加入量的增加而增大;明胶的加入明显提高了浆料的粘度;固含量为65;~74;时,为使浆料具有好的稳定性和流动性,同时保证明胶的成胶性能,TMAH和明胶的加入量应分别控制在2.5;左右及5;~7;为宜.制备的泡沫陶瓷由相互贯通的球形孔室构成,孔隙率最高可达到92;,其孔径分布取决于泡沫体孔隙率,对于孔隙率为76;和90;的样品,其孔径分别达到120 μm 和200 μm.泡沫陶瓷的抗弯强度随相对密度增大而提高,相对密度达到25;时,其抗弯强度可达到25.2 MPa.     

凝胶注模法制备吸声多孔陶瓷及其性能研究

以普通建筑陶瓷坯料为原料、天然植物胶为凝胶剂,通过凝胶注模工艺研制了吸声多孔陶瓷.研究了多孔陶瓷的显微结构以及多孔陶瓷的显气孔率、孔径和厚度对吸声性能的影响.结果表明:延长浆料搅拌时间可提高试样的显气孔率,而较大的显气孔率使吸声曲线的吸声峰向高频方向偏移,吸声峰值呈现先增加后降低的趋势;适当增加浆料固含量可减小孔径,孔径变小导致试样吸声峰向低频方向缓慢偏移,吸声峰值提高;增加厚度有利于试样吸声峰向低频方向偏移,而不同频率范围内吸声系数变化趋势不同.     

用于凝胶注模成型的Mg0.7Zn0.3TiO3浆料的流变性研究

采用固相反应法合成Mg0.7Zn0.3TiO3(M7Z3T)粉体作为凝胶注模成型的原料,研究了分散剂(PAA-NH4)加入量、pH值、固相含量、单体(AM)浓度和单体与交联剂(MBAM)质量比对浆料流变性的影响.结果表明:当浆料pH值为10,分散剂(PAA-NH4)加入量为0.7wt;时,固相含量为52vol;,M7Z3T浆料的起始粘度为0.459Pa·s.预混液中单体含量为10wt;,交联剂与单体质量比为20∶1,引发剂(APS)加入量为1wt;,固化温度为60℃的条件下,采用凝胶注模成型制备出了抗弯强度为24.47 MPa的M723T生坯.     

PEG对Al2O3陶瓷凝胶注模成型坯体表面起皮的抑制研究

采用凝胶注模工艺制备Al2O3陶瓷过程中,在单体和交联剂的预混溶液中加入适量的聚乙二醇(PEG),能有效克服单体聚合的氧阻聚问题,从而消除陶瓷坯体的表面起皮现象。本文研究了PEG的用量对氧化铝粉体的分散特性、浆料的粘度以及坯体表面形态等影响,并初步讨论了PEG对凝胶化过程中氧阻聚效应的抑制作用。     

注凝成型制备氧化锆增韧氧化铝陶瓷

采用低毒单体N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)制备了氧化锆增韧氧化铝(ZrO2/Al2O3,ZTA)陶瓷,氧化铝与氧化锆的质量比为3∶1,浆料的固相体积分数为50 vol%。讨论了不同干燥方式对干燥速率以及坯体性能的影响,研究了不同成型温度对坯体性能的影响。通过研究发现,在湿热烘箱中干燥的坯体强度最高,成型温度应控制在65℃附近。通过对不同单体含量的坯体烧结后陶瓷性能的对比,发现单体的加入量为10wt%左右较好,通过与干压成型陶瓷性能的对比,发现注凝成型得到的陶瓷强度和韧性分别提高了42.2%和23.5%,达到640 MPa和6.3MPa.m1/2,通过扫描电镜图片分析发现,注凝成型制得的陶瓷结构更均匀。     

Y2O3/ZrO2复合泡沫陶瓷烧结的初步研究

本文采用有机泡沫浸渍法制备了Y2O3/ZrO2双层复合、Y2O3/Y2O3-ZrO2/ZrO2三层复合及Y2O3和ZrO2单相泡沫陶瓷,分析了两种复合泡沫陶瓷层间的结合及各层显微结构随烧结温度的变化,并与单相氧化物陶瓷进行了对比。结果表明:双层复合陶瓷层间有较大缝隙,这是因为两种氧化物陶瓷烧结不同步造成的。三层复合陶瓷中Y2O3-ZrO2混合中间层的存在减弱了Y2O3、ZrO2烧结不同步引起的层间应力,层间结合明显改善,并大大减少了泡沫陶瓷表面宏观裂纹。两种复合陶瓷的ZrO2内层的烧结程度都低于单相ZrO2,这主要是因为先于ZrO2烧结的Y2O3外层阻碍了内部气体的排出从而阻碍ZrO2的烧结所致。     

水系流延技术制备95氧化铝陶瓷基片的研究

本论文采用水系流延技术制备了95氧化铝陶瓷基片,主要对浆料中各种添加剂的作用作了系统研究.分散剂通过与无机粉料的吸附,提供双重稳定效应使浆料具有较好的分散性,实验中分散剂PAA(聚丙烯酸)最佳的用量为0.5wt;.粘结剂PVA(聚乙烯醇)最佳用量为4.5wt;.塑化剂PEG(聚乙二醇)的加入可以降低粘结剂的玻化温度,提高坯片柔韧性.塑化剂与粘结剂的用量比值(R)在1～1.2之间为宜.最终获得了具有一定强度、韧性、表面光滑的坯片,烧结出密度为3.785g/cm395氧化铝陶瓷基片.     

Fe2O3对MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃介电性能的影响

以化学纯试剂为原料采用高温熔融法制备MgO-Al2O3-SiO2 (MAS)系微晶玻璃,利用差热分析仪(DSC)、X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)以及介电检测等手段对Fe2O3在MAS系微晶玻璃中介电性能的影响进行探究.结果表明:Fe2O3有降低微晶玻璃核化和晶化温度的作用;随着Fe2O3的加入,试样的主晶相由堇青石向镁铝尖晶石转变,试样的介电常数和介电损耗逐渐减小并且电阻率增高;当Fe2O3的添加量大于6;时,微晶玻璃的介电性能变化不大,趋于稳定.     

Al2O3/Y2O3复合助剂对碳化硅蜂窝陶瓷烧结性能的影响研究

以碳化硅为主要原料,以羟丙基甲基纤维素(HPMC)为粘结剂,以Al2O3和Y2O3作为复合烧结助剂,采用挤出成型工艺制备出碳化硅多孔蜂窝陶瓷.探究了复合助剂Al2O3/Y2O3的加入量对蜂窝陶瓷物相组成和微观形貌的影响;研究了烧结温度对碳化硅陶瓷物相、微观形貌以及孔隙率、线收缩率、体积密度、抗压强度的影响规律.结果表明:Al2O3/Y2O3复合助剂的加入量增大和烧结温度的提高,陶瓷液相量增多;在钇铝石榴石(YAG)的共晶点1760 ℃附近,更易于析出结晶形成YAG相.烧结温度升高,陶瓷收缩率增大;体积密度和抗压强随烧结温度变化规律接近;体积密度和抗压强度在1750℃达到最大值分别为1.8 g/cm3和14.09 MPa.     

Fe2O3含量对SiO2-Al2O3-MgO-F系微晶玻璃析晶特征的影响

为研究Fe2O3含量对SiO2-Al2O3-MgO-F系微晶玻璃析晶特征的影响,采用高温熔融法制备不同Fe2O3含量的基础玻璃,利用差示扫描量热仪(DSC)、x射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)分别研究此基础玻璃的热效应、相组成及组织形貌.结果表明:在不同Fe2O3含量的样品中析出的晶相主要有云母、ZrO2莫来石及柱晶石,Fe2O3含量超过0.5;时莫来石相消失.随着Fe2O3含量的增加,云母的析出量逐渐提高,且晶体尺寸逐渐变大.但是当样品中Fe2O3含量超过0.8;时,云母晶体析出量反而减少且晶体尺寸变小.     

Y-Ce-ZrO2-TiC-A12O3复合陶瓷材料的制备及其摩擦磨损特性研究

从提高陶瓷材料的力学性能出发,采用真空热压工艺,制备了混合稀土氧化物稳定的Y-Ce-ZrO2-TiC-A12O3复合陶瓷材料.对复合陶瓷材料进行了摩擦磨损性能实验研究,采用扫描电镜对其磨损表面形貌进行了观察,对磨损表面物相进行了X射线衍射分析.并与单相ZrO2陶瓷作对比,探讨了复合陶瓷材料的磨损机理.研究表明,该复合陶瓷材料具有较高的综合力学性能,在法向载荷为140 N、转速为200 r/m.in干摩擦条件下,Y-Ce-ZrO2-TiC-A12O3复合陶瓷摩擦系数为O.65,磨损率为2.88×10-mm3/N·m,明显低于单相ZrO2陶瓷,其磨损机理为机械冷焊和粘着磨损.