新型胶态成型制备氧化铝陶瓷的研究

论文摘要

本文采用凝胶注模工艺和拟薄水铝石作为粘结剂两种方法分别成型氧化铝陶瓷，讨论了各工艺的特点、工艺条件及影响因素，通过FESEM、DTA—TG等现代测试手段研究了坯体的显微结构与其性能之间的关系。在凝胶注模成型的工艺过程中，主要研究了如何制得高固相体积含量、低粘度的浆料，讨论了分散剂的选用、含量、pH值、球磨时间及固相含量等对浆料流动性能的影响，研究得出浆料中固相含量为55％时，以聚甲基丙烯酸铵为分散剂，在pH=10时，可获得985mPa·s的低粘度浓悬浮液。分别选择低毒的有机单体N—羟甲基丙烯酰胺和2—甲基丙烯酸羟乙酯，研究了有机单体与交联剂的比例与含量对生坯抗弯强度的影响，引发剂与催化剂的加入量对固化速率的影响，得出最适合成型的单体为N—羟甲基丙烯酰胺。同时分析了坯体干燥和脱脂烧结的工艺过程；并通过加入聚乙二醇抑制表面氧阻聚，克服了坯体表面易起皮的问题。利用拟薄水铝石作为粘结剂，胶凝固化后成型氧化铝陶瓷。选用柠檬酸铵为分散剂，取9wt％的拟薄水铝石，可获得固相含量为50％、粘度为960mPa·s的浆料。以硝酸为固化剂在一定的温度及时间内胶凝固化并干燥，可以得到抗弯强度为3.916MPa的生坯。并研究了拟薄水铝石对浆料粘度、生坯抗弯强度以及烧结体密度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 2 文献综述
• 2.1 新型胶态成型概述
• 2.1.1 陶瓷成型方法简介
• 2.1.2 新型胶态成型的分类
• 2.1.3 凝胶注模成型简介
• 2.1.3.1 凝胶注模成型的分类
• 2.1.3.2 凝胶注模成型的工艺
• 2.1.3.3 凝胶注模成型的关键技术
• 2.1.3.4 凝胶注模成型的特点
• 2.1.3.5 凝胶注模成型的发展现状
• 2.2 相关理论
• 2O₃陶瓷的性质'>2.2.1 Al₂O₃陶瓷的性质
• 2O₃陶瓷的物理参数'>2.2.1.1 Al₂O₃陶瓷的物理参数
• 2O₃颗粒的表面特性'>2.2.1.2 Al₂O₃颗粒的表面特性
• 2.2.2 陶瓷粉体的分散理论
• 2.2.2.1 陶瓷粉体所受的作用力
• 2.2.2.2 双电层结构模型和电动电位（ζ-电位）
• 2.2.2.3 陶瓷浆料的稳定机理
• 2.2.2.4 悬浮体的流变特性
• 2.2.3 丙烯酰胺自由基聚合机理
• 2.3 本课题的研究内容
• 3 实验内容
• 3.1 实验原料
• 3.2 仪器设备
• 3.3 工艺流程
• 3.3.1 凝胶注模成型氧化铝陶瓷的工艺流程
• 3.3.2 拟薄水铝石成型氧化铝陶瓷的工艺流程
• 3.4 测试与表征
• 3.4.1 尺寸测量
• 3.4.2 固相体积含量的计算
• 3.4.3 pH值的测定
• 3.4.4 浆料粘度的测定
• 3.4.5 体积密度
• 3.4.6 力学性能
• 3.4.7 差热分析（DTA）及热重分析（TG）
• 3.4.8 场发射扫描电镜
• 4 凝胶注模成型氧化铝陶瓷的研究
• 4.1 陶瓷浆料的制备
• 4.1.1 实验设计
• 4.1.1.1 分散剂对浆料流变性能的影响
• 4.1.1.2 pH值对浆料流变性能的影响
• 4.1.1.3 浆料球磨时间的探讨
• 4.1.1.4 固相含量对浆料流变性能的影响
• 4.1.1.5 沉降实验
• 4.1.2 实验结果与分析
• 4.1.2.1 柠檬酸铵对浆料流变性能的影响
• 4.1.2.2 聚甲基丙烯酸铵对浆料流变性能的影响
• 4.1.3 两种分散剂的比较
• 4.1.3.1 固相含量对浆料粘度的影响
• 2O₃浆料的影响'>4.1.3.2 沉降法表征分散剂对Al₂O₃浆料的影响
• 4.1.4 本节小结
• 4.2 有机单体的选用对注凝成型影响的研究
• 4.2.1 实验设计
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.2.2.1 N-羟甲基丙烯酰胺体系（NMAM）的成型结果分析
• 4.2.2.2 2-甲基丙烯酸羟乙脂体系（HEMA）的成型结果分析
• 4.2.2.3 两种体系的比较
• 4.2.3 本节小结
• 4.3 干燥制度对凝胶注模坯体干燥过程的影响
• 4.3.1 实验设计
• 4.3.2 实验结果与分析
• 4.3.3 本节小结
• 4.4 PEG对陶瓷凝胶注模成型坯体表面起皮抑制作用的研究
• 4.4.1 实验设计
• 4.4.2 实验结果与分析
• 4.4.3 本节小结
• 4.5 烧结工艺的研究
• 4.5.1 实验设计
• 4.5.2 实验结果与分析
• 4.5.2.1 氧化钛和烧结温度对氧化铝性能的影响
• 4.5.3 本节小结
• 4.6 本章总结
• 5 拟薄水铝石成型氧化铝陶瓷的研究
• 5.1 实验设计
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 拟薄水铝石胶体行为的研究
• 5.2.2 加料顺序对成型过程的影响
• 5.2.3 分散剂对浆料粘度的影响
• 5.2.4 硝酸对胶凝固化的影响
• 5.2.5 拟薄水铝石的胶凝固化原理及干燥制度的确定
• 5.2.6 拟薄水铝石加入量的研究
• 5.2.7 烧结制度的研究
• 5.2.7.1 拟薄水铝石的相变过程
• 5.2.7.2 拟薄水铝石的加入量及烧结温度对坯体性能的影响
• 5.2.8 不同成型工艺对氧化铝陶瓷性能的影响
• 5.3 本章总结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 凝胶注模成型氧化铝陶瓷
• 6.1.2 拟薄水铝石成型氧化铝陶瓷
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:已发表的科技论文