3D打印制备h-BN-MAS复合陶瓷

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1、硕士学位论文3D打印制备h-BN-MAS复合陶瓷PREPARATIONOFh-BN-MASCOMPOSITEBY3DPRINTING王会媛哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB321学校代码：10213国际图书分类号：666密级：公开工学硕士学位论文3D打印制备h-BN-MAS复合陶瓷硕士研究生：王会媛导师：周玉教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB321U.D.C:666Dis

2、sertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONOFh-BN-MASCOMPOSITEBY3DPRINTINGCandidate：WangHuiyuanSupervisor：Prof.ZhouYuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateof

3、Defence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要六方氮化硼（h-BN）具有优异的耐高温性及抗热震性，氮化硼复合多孔陶瓷近年来在过滤，蓄热，隔音，催化剂载体等领域备受关注，但由于六方氮化硼中B、N原子自扩散系数低，因此难以烧结，在一定程度上限制了其的应用。堇青石（MAS）熔点约为1450°C，具有优异的烧结性能，可以作为烧结助剂，降低烧结温度。h-BN-MAS复合陶瓷具

4、有优异的力学性能、耐高温性能。传统陶瓷的制备过程较为复杂，3D打印技术可以满足对陶瓷应用上形状及大小多样性的要求，无模直写成型技术设备简单，操作灵活，是解决陶瓷制备困难的方法之一。本文以h-BN、MgO、Al2O3和熔石英为原料，添加聚丙烯酸铵作分散剂、聚乙二醇作塑化剂，成功制备出流变性能适于3D打印的陶瓷浆料，采用无模直写成型技术、无压烧结工艺制备出h-BN-MAS复合陶瓷。研究表明，聚丙烯酸铵分散剂的含量为2.0wt.%，添加聚乙二醇（PEG）0.5wt.%，pH调节至11，固相含量为30%的复

5、合陶瓷浆料具有最优异的流变性能。在浆料挤出时，在较高的剪切应力下，颗粒之间发生层间流动，储存模量和损失模量较低，且损失模量高于储存模量，浆料表现出表观粘性流体的流动状态，保证其顺利挤出。在浆料顺利挤出后，剪切应力减少，储存模量和损失模量均升高，且储存模量大于损失模量，应力减小至更小时，逐渐过渡至线性粘弹性区域，此时储存模量和损失模量不随应力的改变而改变，浆料维持本身弹性状态的性能较好，承受自身静态应力的能力较强，不会由于自身重力而导致坍塌，该浆料呈现出良好的可塑性，适用于3D打印。在3D打印过程中，

6、随着层厚的增大，所需挤出压力增大。使用22G（0.4mm）型号针头进行3D打印时的挤出压力略大于25G（0.32mm）型号。在后处理工艺中，排胶的最佳温度为400-600℃，在该温度范围内，样品质量基本保持不变，排胶完全，且样品不发生氧化反应。干燥过程陶瓷坯体的收缩率最大，收缩率随浆料固相含量的增加而降低。固相含量为30%时，收缩率为9.05%。排胶过程及烧结过程收缩率较小，且基本不随固相含量的变化而变化。随着烧结温度的升高、保温时间的增加，气孔率降低且气孔变小，h-BN-MAS复合陶瓷逐渐致密化。

7、h-BN-MAS复合陶瓷中h-BN被MAS包覆，在复合陶瓷断裂时，片层h-BN结构处存在空隙为裂纹源，裂纹的扩展路径比较曲折，可以提高一定的抗弯强度。随着固相含量的增大，抗弯强度先升高后-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文降低，当固相含量为30%时，抗弯强度达到最大值。当烧结温度由1500℃升至1700℃时，试样的抗弯强度由4MPa增加至6.54MPa，抗压强度1700℃增大至11.37MPa。然而当烧结温度升高至1800℃时，h-BN-MAS复合陶瓷的抗弯强度及抗压强度下降。关键词：h-BN-MA

8、S复合陶瓷；3D打印；无压烧结；力学性能-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractHexagonalboronnitride(h-BN)hasexcellenthigh-temperatureperformanceandthermalshockresistance.Boronnitridecompositeporousceramicshaveattractedattentioninrecentyearsinthefieldsoffiltration,hea