氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺研究

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1、2010年№3铝镁通讯·l5·氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺研究孟德安简本成(中国铝业郑州研究院，河南郑州450041)摘要：本文介绍了氧化铝陶瓷的凝胶注模成型工艺。所制备的浓悬浮体的固相体积分数高达6o、ro1％，粘度低于200rapa·S。脱脂后的坯体密度可这理论密度的62％，抗弯强度达19Mpa。研究了球磨时间、固相体积含量和助烧剂对悬浮体的粘度的影响，并研究了有机单体与变联剂的比例与含量对生坯抗弯强度的影响。关键词：凝胶注模氧化铝粘度发剂为过硫酸铵((NH4)：$20)，催化剂为N，N，1前言N’，N’一四甲基乙二胺(TEMED)，分散剂的商氧化铝陶瓷是一种以仅氧化铝为主

2、晶相的陶瓷品名为JA一281。材料，它具有机械强度高，绝缘电阻大，硬度大，表1o【氧化铝粉料的主要性能指标耐磨、耐腐蚀及耐高温等特性。它广泛应用于纺织、煤矿、石油、化工、电力及建筑等各个行业【l1。0相转化率％l真密度g／era3IA1203％ISIO2％IFe203％INa20％97I3．97I99．8l0．o4l0．03l0．05陶瓷的凝胶注模成型工艺是1990年美国橡树作者简介：孟德安(1972一)，男，本科，工程岭国家重点实验室的MarkAJanney教授等人1发师。主要从事氧化铝陶瓷的研究。明的，其目的是通过制备低粘度、高固相体积含量2．2实验过程(>50vo1％)

3、的浓悬浮体，可近净尺寸成型复杂形状凝胶注模成型的工艺过程包括以下几个过程：的陶瓷部件，从而获得高密度、高强度、均匀性好将有机单体、交联剂、分散剂加入到蒸馏水中配成的坯体。其思路是将低粘度的高固相体积含量的浓预混液(混合水溶液)，将预混液、陶瓷粉末和氨水悬浮体，在催化剂和引发剂的作用下，使浆料中的按比例放入球磨罐中，研磨48小时。球磨转速80r有机单体交联形成三维网络结构，从而使浓悬浮体／min，球磨介质为直径10ram氧化锆球，料球质原位固化成型。[51此工艺设备简单，成型坯体密度、量比为l：3。球磨完的浆料加入引发剂和催化剂，强度高，收缩率小，易成型复杂形状的零部件，是在室

4、温下浇注成60ram×10ram×10ram的试条，于一种实用性强、应用前景广泛的成型工艺。受到国70~C下固化，在设定的干燥制度下干燥。内外研究部门和工业界的极大重视。近年来国内外2．3性能检测众多研究人员对这种成型工艺进行了较深入的研用上海精密科学仪器有限公司生产的pHS一究，本文就是在前人工作的基础上对氧化铝陶瓷凝3B型精密pH计测量浆料及溶液的pH值。采用上胶注模成型工艺进行了研究。海精科天平生产的NDJ—l旋转粘度计测定料浆的2实验粘度。测定前浆料先预剪切30秒，过30秒后再测2．1实验原料量其粘度。采用湘潭湘仪仪器有限公司生产的SWG本实验采用的氧化铝粉料，其平均

5、粒径为1—数显式工程陶瓷强度综合试验仪测试氧化铝陶瓷的2／]fl，粉料的主要性能指标见表1。MgO采用化学抗弯强度。纯药剂。有机单体为N一羟甲基丙烯酰胺(NMAM)，3结果与讨论交联剂为N，N’一亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)，引3．1球磨时间对悬浮体粘度的影晌·16·铝镁通讯2010年"No3要获得高均匀性的悬浮体，必须经过球磨，实圈2悬浮体'牺腰与氧化铝固相体积含量的关系验结果表明，球磨的时间应该适中。球磨时间太短，3．3助烧剂对氧化铝悬浮体流变性的影响可能由于球磨不充分悬浮体不均匀，分散剂没有充‘助烧剂MgO的加入，不仅可降低氧化铝陶瓷的分起作用，粘度较大；时间太长，可能

6、由于球磨发烧结温度，在烧结过程中还可抑制氧化铝二次结热而使悬浮体温度升高，导致N一羟甲基丙烯酰胺晶，提高氧化铝陶瓷的性能。由实验结果可知，氧单体产生部分聚合而使悬浮体的粘度变大。经过实化铝瓷粉体积分数小于50vo1％时，MgO对悬浮体验后得到球磨时间对悬浮体的粘度的影响结果如图的粘度几乎无影响；当氧化铝瓷粉体积分数大于1所示。从图中可以看出，该氧化铝瓷粉悬浮体的50vo1％时，MgO的加入稍微增加了悬浮体的粘度。球磨时间以24小时左右较合适。这是由于实验中，随着固相体积含量的增加，有机单体浓度、分散剂浓度略有增加，引起助烧剂MgO粘度的溶解量略有增加，溶解电离出的微量Mg2~

7、增加了悬浮体的反离子浓度，压缩颗粒表面双电层，降低了颗粒问的静电斥力，减弱了分散剂对氧化铝颗粒的稳定分散作用，因而使浓悬浮体的粘度略有增加。即使如此，氧化铝体积分数高达60vo1％时，小时)A10，一MgO悬浮体的粘度仅为192mPa·S，其流图1球磨时间对悬浮体粘度的影响动性完全可以满足复杂形状零件的注模要求。3．2固相体积含量对悬浮体流变性的影响3．4有机单体与交联剂的比例对成型的影响在凝浇注模成型工艺中，要求悬浮体的固相体3．4．1NMAM与MBAM(交联剂)的比例对坯体强积分数即固相体积含量应在