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《氧化铝基陶瓷凝胶注模成型工艺的研究——(I)悬浮体的制备及流变特性.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第14卷第4期无机材料学报Vol.14,No.41999年8月JournalofInorganicMaterialsAug.,19993氧化铝基陶瓷凝胶注模成型工艺的研究(I)悬浮体的制备及流变特性•张灿英戚凭李镇江侯卫丰侯耀永(青岛化工学院高技术陶瓷研究室青岛266042)•(青岛大学物理系青岛266071)摘要本文研究了单相α2Al2O3及ZrO2(3Y)2Al2O3复相陶瓷的凝胶注模成型工艺,着重研究了低粘度高固相体积分数浓悬浮体的制备及其固化1在碱性条件下,用自制的分散剂MN制备出固相含量高达65vol%、粘度为267mPa·s的α2Al2O3浓悬浮体,以及低粘度下固相含量达
2、55vol%的10vol%ZrO2(3Y)2Al2O3复相陶瓷浓悬浮体1并研究了凝胶注模成型坯体的性能1关键词凝胶注模,α2Al2O3,ZrO2(3Y)2Al2O3,悬浮体,电空间稳定分类号O6481引言凝胶注模(Gelcasting)成型工艺是九十年代以来出现的一种新的胶态成型工艺,是美国[1～5]橡树岭国家实验室MarkA,Janney教授等人首先发明的1它将传统陶瓷工艺和聚合物化学有机结合起来,将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成型工艺中,通过制备低粘度高固相体积分数的浓悬浮体,可净尺寸成型复杂形状的陶瓷部件,从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯体1其思路是将低粘度高
3、固相体积分数的浓悬浮体,在催化剂和引发剂的作用下,使浓悬浮体中的有机单体交联聚合成三维网状结构,从而使浓悬浮体原位固化成型1此工艺设备简单,成型坯体密度、强度高、收缩率小,易成型复杂形状的零部件,是一种实用性强、应用前景广泛的成型工艺1受到国内外研究部门和工业界的极大重视1近年来国内外众多科学家对这种新成型工艺进行了较深入的研究,但大都仅限于单相陶瓷,对性能优越的复相陶瓷的凝胶注模成型却研究甚少1本课题在深入研究单相α2Al2O3凝胶注模成型工艺的基础上,进一步探索了ZrO2(3Y)2Al2O3复相陶瓷的凝胶注模成型工艺1抓住工艺中的关键技术,即低粘度高固相体积分数浓悬浮体的制备及固
4、化,着重研究了自制新型分散剂MN对氧化铝基悬浮体流变特性的影响,优化悬浮体中各物料配比,寻求最佳固化条件,并研究了凝胶注模成型坯体的性能131998208210收到初稿,1998210205收到修改稿国家自然科学基金(59572010)、化学工业科技研究基金资助项目624无机材料学报14卷2实验211实验原料氧化铝粉平均粒径为2～3μm,ZrO2(3Y)粉平均粒径为015μm1助烧剂为轻质氧化镁,有机单体为丙烯酰胺,交联剂为N,N2亚甲基双丙烯酰胺,引发剂为过硫酸铵,分散剂为本实验室自制的MN1212实验方法21211悬浮体的制备按实验设计的配比,将分散剂混于预混液后,再与陶瓷粉末混
5、合,球磨24h制得悬浮体121212浓悬浮体的固化控制引发剂用量、水浴温度,充氮气下进行凝胶化121213性能测试用PHS225型酸度计测悬浮体pH值,用NDJ21型旋转式粘度计测悬浮体的粘度η,用KND24型粘度计测悬浮体的流淌时间t,用Archimedes法测去塑后的坯体密度13结果和讨论311α2Al2O3陶瓷悬浮体的制备及其流变性的研究为制备低粘度高固相体积分数的α2Al2O3悬浮体,对聚甲基丙烯酸及其铵盐,聚丙烯酸及其铵盐及本实验室自制的新型分散剂进行了多次对比实验后,最终选定最适合本体系的MN作为α2Al2O3的分散剂,并按其最佳加入量在最图1悬浮体流淌时间、粘度与氧化铝
6、体积分数关系佳pH范围(pH在915左右)经球磨,制Fig11Flowtimeandviscosityofsuspensionvsaluminavolume备了一系列不同固相体积分数的α2Al2O3、fractionMgO2Al2O3陶瓷悬浮体1测得悬浮体流淌时间t、粘度η与氧化铝体积分数关系如图1131111固相含量和分散剂对悬浮体流变性的影响由流体流变学可知,悬浮体的粘度随着悬浮体中固相体积分数的增加而增加,特别是较浓悬浮体(<>014),悬浮体的粘度随固相体积分数的增加成指数关系增加1当固相体积分数增加到某一值时,悬浮体形成连续的整体而失去流动性,粘度达到无穷大,此时的固相体积
7、分数称为最大堆积分数(50vol%时,粘度随固相含量呈指数关系增加,这一趋势基本符合流体流变学规律1本实验中氧化铝体积分数高达65vol%时,悬浮体粘度仅为267mPa·s14期张灿英等:氧化铝基陶瓷凝胶注模成型工艺的研究625悬浮体的粘度不仅与固相颗粒体积分数<、颗粒形状及颗粒尺寸分布有关,还与颗粒在分散介质中的分散状态有关1实验制得的浓悬浮体粘度低,流
