论文题目: 硅溶胶分散氧化铝浆料的稳定机理及免脱气胶态原位凝固成型制备莫来石陶瓷研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 孔德玉
导师: 杨辉
关键词: 凝胶注模成型,水解反应诱导凝固成型,空缺稳定,溶胶凝胶,氧化铝,硅溶胶,莫来石,流变行为,微观结构,瞬态粘滞烧结,晶种
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 胶态原位凝固成型技术是目前高性能陶瓷研究的热点之一,具有工艺简单,成本低,坯体缺陷少,烧结体可靠性好等特性,在Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、PZT等精密陶瓷部件近净尺寸成型制备中已得到广泛的研究与应用。莫来石具有荷重软化点高、抗蠕变性能好、化学和热稳定性良好、热导率和热膨胀系数低等特性,是一种重要的高温结构材料,但关于胶态原位凝固成型制备高性能莫来石结构陶瓷的研究很少,关于免脱气胶态原位凝固成型工艺尚未见研究报道。 本文全面论述了胶态原位凝固成型的研究与发展现状,简要回顾了莫来石陶瓷的合成、成型与烧结等的研究进展。在此基础上,选用硅溶胶和氧化铝微粉作为原材料,采用胶态原位凝固成型工艺制备莫来石陶瓷,揭示了影响硅溶胶分散氧化铝浆料的稳定与失稳机理,发展了两种免脱气胶态原位凝固成型技术制备莫来石陶瓷素坯;利用硅溶胶凝胶化在氧化铝颗粒表面形成纳米包覆微复合结构,实现了莫来石陶瓷的瞬态粘滞烧结;利用强酸性浆料凝固成型后形成的铝硅凝胶,在低温下原位合成莫来石晶种,促进了坯体的莫来石化和致密化烧结,这对于充分利用无机溶胶制备新型复合陶瓷以及低成本制备高纯、高性能莫来石基陶瓷具有重要的理论价值和指导意义。主要研究成果如下: 1、揭示了硅溶胶分散氧化铝浆料的稳定与失稳机理。结果表明,与在水中分散相比,在pH=9.5左右,硅溶胶对氧化铝颗粒具有很好的分散和稳定效果,其稳定机理属于未吸附硅溶胶胶体粒子对氧化铝颗粒产生的空缺稳定效应。随pH值减小,浆料稳定性逐步下降,在pH=4.0～5.5范围内稳定性最差,其失稳机理属于浆料pH值调整时形成铝离子引起的溶胶—凝胶效应。随pH值进一步下降,浆料稳定性又逐步改善,在pH=2.0左右稳定性最好,其稳定机理属于高电解质浓度引起的水化斥力稳定效应。 2、基于气泡的稳定性理论,发展了一种免脱气凝胶注模成型技术制备莫来石陶瓷。利用硅溶胶对氧化铝颗粒的空缺稳定作用,在pH=9.5左右制备了固相（氧化铝和二氧化硅）体积分数达50%,表观粘度小于1.0 Pa·s的符合莫来石计量组成的浆料;通过调节NH4Cl浓度促进浆料凝胶化,实现了浆料的凝胶注模成型。浆料中未引入任何表面活性物质,无需对浆料进行脱气处理即可制备得到显微结构致密、均
论文目录:
摘要
ABSTRACT
目录
第一章 引言
第二章 文献综述
2.1 新型胶态原位凝固成型工艺
2.1.1 凝胶注模成型
2.1.2 直接凝固注模成型
2.2 陶瓷浆料的稳定机理
2.2.1 胶体稳定的DLVO理论
2.2.2 扩展的DLVO理论
2.2.3 空间位阻与静电位阻稳定理论
2.2.4 空缺稳定理论
2.2.5 稳定的陶瓷浆料制备方法
2.3 陶瓷浆料中气泡的形成及其稳定性
2.4 莫来石陶瓷的研究进展
2.4.1 莫来石的合成
2.4.2 莫来石陶瓷的成型与烧结
2.4.3 莫来石陶瓷的胶态原位凝固成型工艺研究进展
2.5 立题依据
第三章 实验方案与测试方法
3.1 实验原材料
3.2 实验工艺流程
3.2.1 浆料凝胶注模成型工艺流程
3.2.2 水解反应诱导浆料凝固成型工艺流程
3.3 实验方案
3.3.1 硅溶胶的pH值调节
3.3.2 不同pH值条件的硅溶胶分散氧化铝浆料制备
3.3.3 浆料的脱气处理
3.3.4 浆料的原位凝固成型
3.3.5 干燥
3.3.6 烧结
3.4 性能测试
第四章 硅溶胶分散氧化铝浆料稳定性研究
4.1 引言
4.2 氧化铝粉体表面电动性能
4.2.1 氧化铝颗粒表面化学特性
4.2.2 氧化铝粉体的ζ电位
4.2.3 硅溶胶对氧化铝粉体ζ电位的影响
4.3 硅溶胶分散氧化铝浆料沉降行为
4.3.1 pH值的影响
4.3.2 硅溶胶浓度的影响
4.4 硅溶胶分散氧化铝浆料流变特性
4.4.1 pH值的影响
4.4.2 氧化铝体积分数的影响
4.4.3 硅溶胶浓度的影响
4.5 小结
第五章 硅溶胶分散氧化铝浆料的稳定与失稳机理研究
5.1 引言
5.2 硅溶胶的稳定性及其稳定与失稳机理
5.2.1 pH值的影响
5.2.2 NH_4Cl的影响
5.2.3 AICl_3的影响
5.3 pH=9.5左右浆料的稳定机理
5.3.1 硅溶胶胶体粒子在氧化铝颗粒表面的吸附特性
5.4 硅溶胶分散氧化铝浆料的失稳机理
5.5 pH=2.0左右浆料的稳定机理
5.6 小结
第六章 浆料免脱气凝胶注模成型研究
6.1 引言
6.2 免脱气凝胶注模成型的基本原理
6.3 符合莫来石计量组成的硅溶胶分散氧化铝浆料制备
6.3.1 加热与球磨时间对浆料pH值的影响
6.3.2 球磨对浆料粘度的影响
6.3.3 固相体积分数对浆料粘度的影响
6.4 浆料凝胶化时间的控制
6.5 脱气处理对成型坯体气孔率的影响
6.6 成型坯体性能
6.6.1 干燥收缩
6.6.2 力学性能
6.6.3 生坯显微结构
6.7 小结
第七章 水解反应诱导浆料凝固成型研究
7.1 引言
7.2 水解反应体系的选择
7.2.1 pH值从9.5左右位移至5.0左右的水解反应
7.2.2 pH值从2.0左右位移至5.0左右的水解反应
7.3 脂肪酶催化乙酸乙酯水解反应诱导浆料原位凝固成型研究
7.3.1 加入乙酸乙酯和脂肪酶对浆料粘度的影响
7.3.2 乙酸乙酯与脂肪酶用量的优化
7.3.3 酶催化水解反应诱导浆料原位凝固成型可行性分析
7.4 尿素自分解反应诱导浆料原位凝固成型研究
7.4.1 加入尿素对浆料粘度的影响
7.4.2 尿素用量的确定
7.4.3 浆料原位凝固成型机理
7.4.4 脱气时间对成型坯体气孔率的影响
7.4.5 坯体性能
7.5 小结
第八章 坯体的烧结性能研究
8.1 引言
8.2 纳米SiO_2包覆A1_2O_3微复合结构的形成
8.3 烧结性能
8.3.1 烧成制度
8.3.2 相变化
8.3.3 坯体的致密化
8.3.4 烧结体显微结构
8.4 小结
第九章 全文总结
参考文献
致谢
附录
发布时间: 2006-05-10
参考文献
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