氧化铝泡沫陶瓷及其表面溶胶涂层形成的研究

论文摘要

随着科学技术的飞速发展,电机产品不断更新换代,对电刷、触头等材料的耐磨损及导电性能的要求越来越高,因此如何制备出耐磨损且导电性良好的高性能电刷及触头材料是目前研究的重点。采用无压浸渗法制备的高体积分数Al2O3/Cu基复合材料可以满足电刷及触头材料高性能的要求。但铜和氧化铝之间差的润湿性限制了无压浸渗法的应用。因此本文的目的在于两方面：制备力学性能优良的泡沫陶瓷；采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel）在泡沫陶瓷骨架表面形成氧化钛涂层。本课题首先研究了有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷的工艺过程。即以Al2O3和SiO2为基体粉料,提出以下两种成分设计方案烧结刚玉/莫来石复相泡沫陶瓷：氧化铝/氧化硅、高岭土、膨润土和滑石体系；氧化铝/氧化硅/硅溶胶体系。研究分析制备泡沫陶瓷的工艺过程及影响因素,以确定制备泡沫陶瓷的最佳工艺参数。实验结果表明：成分设计方案一配制浆料的固含量为70%,在最终烧结温度1550℃下烧结得到以刚玉和莫来石两相的泡沫陶瓷,且该复相泡沫陶瓷具有一定的强度、抗热震性；成分设计方案二配制浆料的固含量为75%,在1550℃烧结得到以莫来石和刚玉两相的泡沫陶瓷,但该体系烧结的泡沫陶瓷强度太低达不到实际使用的效果；将有机泡沫体在浓度为15%的NaOH溶液中处理2h后再在浓度为5%的聚乙烯醇溶液中处理24h,可以获得最佳的表面改性效果；配制浆料过程中将分散介质的PH值调为11,浆料具有很好的流动性；25ppi的有机泡沫体制备的泡沫陶瓷采用二次离心挂浆,40ppi和60ppi的有机泡沫体制备的泡沫陶瓷采用一次离心挂浆,均能制备出性能良好、结构均匀的泡沫陶瓷。其次本课题也着重研究了泡沫陶瓷基体表面形成氧化钛涂层的工艺过程。由于泡沫陶瓷基体的三维网络结构,氧化钛溶胶不易沉积在其骨架表面上,所以本实验采用负压浸胶工艺进行涂覆。分析了浸胶时间、浸胶次数等工艺参数对氧化钛涂层涂覆性的影响。实验结果表明：浸胶时间为20min,浸胶为5次可获得涂覆性好的氧化钛涂层。最后扫描电镜分析结果表明,在泡沫陶瓷的骨架上形成涂覆性好的氧化钛涂层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 泡沫陶瓷及其制备工艺
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.2.3 制备工艺
• 1.3 泡沫陶瓷的应用
• 1.3.1 催化剂载体
• 1.3.2 过滤器
• 1.3.3 吸音材料
• 1.3.4 隔热材料
• 1.4 涂层的溶胶-凝胶法制备
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 溶胶的涂覆工艺
• 1.5 课题的研究目的及内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 技术路线
• 2.2 泡沫陶瓷的制备
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 成分设计
• 2.2.3 制备工艺
• 2.3 溶胶制备工艺
• 2.3.1 实验原料
• 2.3.2 溶胶制备工艺
• 2.4 泡沫陶瓷表面溶胶涂层的制备
• 2.5 性能检测及表征
• 2.5.1 泡沫陶瓷抗压强度的测定
• 2.5.2 泡沫陶瓷抗热震性能的测定
• 2.5.3 泡沫陶瓷物相表征
• 2.5.4 泡沫陶瓷微观形貌表征
• 第三章 有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷的工艺研究
• 3.1 有机泡沫体的不同规格对泡沫陶瓷结构尺寸的影响
• 3.2 有机泡沫体预处理对其挂浆性能的影响
• 3.3 PH值对浆料流动性的影响
• 3.4 浆料制备过程中添加顺序对其流动性的影响
• 3.5 固含量对浆料性能的影响
• 3.6 挂浆工艺对泡沫陶瓷结构的影响
• 3.7 烧结工艺对泡沫陶瓷性能的影响
• 第四章 泡沫陶瓷的结构与性能研究
• 4.1 泡沫陶瓷的宏观结构
• 4.2 泡沫陶瓷的物相组成
• 4.3 泡沫陶瓷的抗压强度
• 4.4 泡沫陶瓷的抗热震性
• 4.5 泡沫陶瓷的显微结构
• 4.5.1 泡沫陶瓷的表面形貌
• 4.5.2 泡沫陶瓷的断口形貌
• 4.5.3 泡沫陶瓷的微观组织形貌
• 4.6 两种成分所制备泡沫陶瓷的性能比较
• 第五章 泡沫陶瓷表面形成涂层的研究
• 5.1 氧化钛溶胶制备过程的研究
• 5.1.1 原料对氧化钛溶胶稳定性的影响
• 5.1.2 不同稳定剂对氧化钛溶胶稳定性的影响
• 5.2 负压浸渗工艺过程的研究
• 5.2.1 浸胶时间对增重率的影响
• 5.2.2 浸胶次数对增重率的影响
• 5.3 泡沫陶瓷表面形成涂层的宏观结构
• 5.4 泡沫陶瓷表面形成氧化钛涂层的显微结构
• 5.4.1 氧化钛涂层形成前后泡沫陶瓷骨架表面的微观形貌
• 5.4.2 氧化钛涂层与泡沫陶瓷骨架之间的界面形貌
• 结论
• 参考文献
• 致谢