论文题目: 陶瓷悬浮液流变特性及胶态成型坯体缺陷的控制
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料科学与工程
作者: 张立明
导师: 黄勇
关键词: 胶态成型,悬浮液,缺陷控制,氧化铝,氮化硅
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本论文以抑制和消除胶态成型陶瓷坯体的气孔、裂纹等缺陷为目的,系统研究了氧化铝悬浮液的流变特性及其影响因素;提出了丙烯酸聚合改性氮化硅粉体表面的方法,并通过超声诱导实现了氮化硅悬浮液的可控、均匀固化;详细研究了胶态成型陶瓷坯体中气孔、开裂等缺陷的成因,并提出了抑制这些缺陷的工艺方案。从悬浮液中颗粒间作用势变化的角度出发,分析了静电稳定的悬浮液剪切变稀和剪切稠化的结构原因,认为悬浮液的剪切变稀是热力学颗粒簇分解的结果,而剪切稠化则起因于悬浮液中水力学颗粒簇的形成。系统研究了柠檬酸铵加入比例、悬浮液pH值、固相体积分数、粉体粒径等因素对氧化铝悬浮液流变特性的影响规律,提出静电稳定的悬浮液在高、低剪切速率下的粘度分别取决于颗粒表面的Stern电位和Zeta电位,并确定了粉体粒径与悬浮液剪切稠化临界剪切速率之间的定量关系。提出通过丙烯酸聚合实现氮化硅粉体表面改性从而提高氮化硅悬浮液固相体积分数的方法。以超声波处理为手段,实现了凝胶注模氮化硅悬浮液的可控、均匀固化,有效提高了坯体强度,并研究证实超声对凝胶注模成型固化过程的促进作用起因于超声对悬浮液中自由基“笼蔽效应”的破坏。分析了胶态成型坯体中气孔的成因,提出在真空脱气的同时对悬浮液进行磁力搅拌的物理脱气方法,有效提高了脱气效果,降低了坯体中气孔的数量和孔径,提高了坯体和烧结体的力学性能。综合分析失重、差热等物理现象和化学反应产物,系统研究了凝胶注模氧化铝陶瓷坯体热氧化脱脂过程,发现了凝胶注模陶瓷坯体脱脂开裂的根本原因在于有机物热氧化气体产物的集中释放。在保证坯体强度的前提下,提出了降低坯体有机物含量,避免凝胶注模陶瓷坯体脱脂开裂的系统工艺方法。提出纯铝酸钙水泥水解辅助固化氧化铝悬浮液的新方法。通过水泥水解形成的Ca2+使海藻酸钠交联形成凝胶,同时提高悬浮液中的离子强度,降低了颗粒表面的Zeta电位,综合了Gelcasting和DCC的特点,有效提高了坯体强度。
论文目录:
第1章 引言
第2章 文献综述
2.1 胶态成型工艺出现的历史背景
2.2 胶态成型工艺的理论基础
2.2.1 陶瓷悬浮液稳定理论
2.2.2 悬浮液流变学理论
2.2.3 悬浮液固相体积分数对粘度的影响
2.3 胶态成型的固化原理及工艺流程
2.3.1 凝胶注模成型
2.3.2 直接凝固成型
2.4 胶态成型固化方法研究进展
2.4.1 依靠形成外部网络固化
2.4.2 通过改变颗粒间作用势固化
2.5 胶态成型的发展趋势
第3章 主要研究内容
3.1 研究背景
3.2 主要研究内容
第4章 氧化铝悬浮液流变特性的研究
4.1 引言
4.2 实验原料及研究方法
4.3 柠檬酸铵稳定的氧化铝悬浮液流变特性与微观结构
4.3.1 柠檬酸铵对氧化铝悬浮液的稳定机理
4.3.2 氧化铝悬浮液流变特性
4.3.3 氧化铝悬浮液剪切变稀和剪切稠化的结构原因
4.4 柠檬酸铵稳定的氧化铝悬浮液流变特性的影响因素
4.4.1 柠檬酸铵比例对氧化铝悬浮液流变特性的影响
4.4.2 悬浮液pH 值对氧化铝悬浮液流变特性的影响
4.4.3 固相体积分数对氧化铝悬浮液流变特性的影响
4.4.4 粉体粒径对氧化铝悬浮液流变特性的影响
4.5 不同分散剂稳定的氧化铝悬浮液流变特性的比较
4.5.1 阿拉伯树胶稳定的氧化铝悬浮液的流变特性
4.5.2 聚丙烯酸铵稳定的氧化铝悬浮液的流变特性
4.6 本章小结
第5章 氮化硅陶瓷悬浮液的超声加速固化
5.1 引言
5.2 实验原料及研究方法
5.3 悬浮聚合改性氮化硅粉体表面
5.3.1 不饱和有机酸原位聚合改性氮化硅粉体表面设想的提出
5.3.2 丙烯酸原位聚合改性氮化硅粉体表面的实验及机制分析
5.3.3 丙烯酸聚合改性氮化硅效果的影响因素
5.3.4 本节小结
5.4 氮化硅陶瓷悬浮液的超声加速固化
5.4.1 氮化硅陶瓷悬浮液的制备
5.4.2 超声加速固化氮化硅陶瓷悬浮液的实验过程
5.4.3 超声加速固化氮化硅陶瓷悬浮液的机制分析
5.4.4 超声加速与温度诱导固化的比较
5.5 本章小结
第6章 胶态成型陶瓷坯体缺陷控制的研究
6.1 引言
6.2 实验原料及研究方法
6.3 胶态成型陶瓷坯体气孔的消除
6.3.1 胶态成型坯体气孔的成因分析
6.3.2 悬浮液中气泡的消除方法
6.3.3 真空+磁力搅拌脱气对氧化铝凝胶注模工艺的影响
6.3.4 本节小结
6.4 凝胶注模成型陶瓷坯体开裂及控制的研究
6.4.1 交联剂比例对凝胶注模氧化铝坯体脱模开裂的影响
6.4.2 固相体积分数对凝胶注模氧化铝坯体干燥开裂的影响
6.4.3 凝胶注模氧化铝坯体的脱脂开裂
6.5 本章小结
第7章 氧化铝悬浮液的水解辅助固化的初步研究
7.1 引言
7.2 实验原料与研究方法
7.2.1 实验原料
7.2.2 研究方法
7.3 纯铝酸钙水泥水解辅助固化氧化铝悬浮液的原理
7.4 纯铝酸钙水泥水解辅助固化氧化铝悬浮液的影响因素
7.4.1 温度
7.4.2 水泥种类
7.4.3 水泥加入比例
7.5 纯铝酸钙水泥水解辅助固化成型氧化铝坯体
7.6 本章小结
第8章 结论
参考文献
发布时间: 2006-06-29
参考文献
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