超细锦酸锂晶体对搪瓷密着强度影响机理的研究

论文摘要

搪瓷是由搪瓷釉层与金属所组成的一种复合材料,搪瓷的密着强度是搪瓷制品最重要的物理性能之一,搪瓷密着强度的大小直接决定搪瓷制品的优劣。搪瓷的密着剂,氧化钴、氧化镍等,对促进搪瓷釉层与金属铁层的密着,提高搪瓷的密着强度起着非常重要的作用。传统的搪瓷工艺,搪瓷的密着剂,如氧化镍,都是通过熔加的方式引入到搪瓷釉中的;而磨加引入这些搪瓷密着剂并不起良好的密着促进作用。熔加引入氧化镍密着剂,存在的问题是,一引入量大,搪瓷釉成本高;二搪瓷釉颜色深,不能制造一次搪彩色釉;三熔加引入氧化镍密着剂不能有效地克服搪瓷鱼鳞爆瓷等缺陷。为了解决熔加引入氧化镍密着剂所带来的不足,进一步提高搪瓷密着剂对搪瓷密着的促进作用,本研究选择硝酸镍和碳酸锂作为主要的原料,通过一定的合成工艺,控制晶体成核的速率和晶体生长的速率,成功地合成出超细高活性镍酸锂晶体;X-射线衍射仪分析表明超细镍酸锂晶体的化学组成为Li2Ni8O10,扫描电子显微镜分析显示超细镍酸锂晶体的尺寸在0.1～0.5微米之间。通过磨加的方式,将超细高活性的镍酸锂晶体引入到搪瓷釉中,进行涂搪、烧成,成功地制得了密着性能优良的搪瓷材料。研究发现,没有磨加超细镍酸锂晶体的搪瓷,几乎没有密着强度;而磨加了超细镍酸锂晶体后,搪瓷的密着强度有较明显的提高;当超细镍酸锂晶体磨加量低于0.4wt%时,搪瓷的密着强度随着超细镍酸锂晶体磨加量的增加而增加;当超细镍酸锂晶体磨加量高于0.6wt%时,搪瓷的密着强度随着超细镍酸锂晶体磨加量的增加,几乎没有变化。超细镍酸锂晶体有一个最佳磨加量。为了进一步深入超细高活性镍酸锂晶体在提高搪瓷密着强度中的作用及机理,采用了扫描电子显微镜、电子探针微分析仪、俄歇电子能谱仪等分析仪器,对搪瓷釉层与金属铁界面的化学组成、晶体组成、显微形貌等进行了系统的分析和研究。研究发现,磨加引入超细高活性镍酸锂晶体,促进了氧化镍与金属铁发生氧化还原反应,还原的金属镍富集在搪瓷釉层与金属铁层的界面,与金属铁形成铁镍合金,使在搪瓷釉层与金属铁层界面的金属铁晶体结构产生畸变。金属铁晶体结构产生畸变后,其内部的空隙明显增大,由此促进了金属铁、氧化铁与搪瓷釉的相互扩散,在搪瓷釉层与金属铁界面间,形成了一层化学组成介于搪瓷釉和金属铁之间的非化学计量化学物中间过渡层,过渡层与金属铁形成牢固的金属键,过渡层与搪瓷釉层形成牢固的离子键和共价键,由此促进搪瓷釉层与金属铁层形成优良的密着强度。并提出了非化学计量化学物中间过渡层搪瓷密着理论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 搪瓷的发展和应用
• 1.2 搪瓷密着强度与搪瓷性能之间的关系,搪瓷密着剂的功能
• 1.2.1 促进搪瓷釉对金属铁表面的浸润
• 1.2.2 促进氧化铁在瓷釉中的熔解和搪瓷釉元素与铁元素的相互扩散
• 1.2.3 在金属铁与搪瓷釉层界面上形成了铁镍合金相
• 1.3 搪瓷密着机理的研究
• 1.3.1 机械力密着理论
• 1.3.2 化学键密着
• 1.3.3 分子间力密着
• 1.4 镍酸锂晶体的合成和应用
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 第二章 超细镍酸锂晶体的合成及结构和形态表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 超细镍酸锂晶体合成的原料选择
• 2.2.2 超细镍酸锂晶体的合成
• 2.3 结果和讨论
• 2.3.1 硝酸镍和碳酸锂组成对涂搪性能和瓷面质量的影响
• 2.3.2 不同的合成工艺对镍酸锂晶体大小、涂搪性能和瓷面质量影响
• 2.3.3 镍酸锂粉末的晶体结构
• 2.3.4 镍酸锂晶体的显微形貌分析
• 2.4 小结
• 第三章 搪瓷试样的设计和制备及理化性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 研究过程
• 3.2.1 搪瓷底釉的配方设计
• 3.2.2 制备工艺
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 搪瓷底釉的热膨胀系数
• 3.3.2 表面张力计算
• 3.3.3 搪瓷底釉的半球点温度
• 3.3.4 搪瓷釉在金属铁表面的浸润
• 3.3.5 搪瓷底釉的粘度
• 3.3.6 搪瓷底釉的表面显微结构
• 3.4 小结
• 第四章 超细镍酸锂晶体提高搪瓷密着强度的研究
• 4.1 引言
• 4.2 研究过程
• 4.2.1 搪瓷熔块的制备
• 4.2.2 搪瓷底釉的制备
• 4.2.3 搪瓷样板的制备
• 4.2.4 搪瓷的密着强度试验
• 4.2.5 搪瓷底釉高温状态分析
• 4.2.6 搪瓷底釉层与金属铁界面的温度测定
• 4.2.7 搪瓷界面X-射线衍射分析
• 4.2.8 磨加超细镍酸锂晶体搪瓷界面样品的制备
• 4.2.9 搪瓷界面的显微形貌和元素分布分析
• 4.2.10 搪瓷界面的俄歇电子能谱分析
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 超细镍酸锂晶体磨加量与搪瓷密着强度的关系
• 4.3.2 搪瓷的密着强度与烧成时间的关系
• 4.3.3 搪瓷的密着强度与烧成温度的关系
• 4.3.4 搪瓷釉的状态与搪瓷的密着强度的关系
• 4.3.5 搪瓷釉层与金属铁界面的显微形貌
• 4.3.6 搪瓷釉层与金属铁层界面的元素分布
• 4.3.7 俄歇电子能谱分析
• 4.3.8 X-射线衍射分析
• 4.4 结果和讨论
• 4.4.1 磨加超细镍酸锂晶体在搪瓷釉层和金属铁密着中的作用
• 4.4.2 搪瓷密着强度的理论推导
• 4.4.3 搪瓷釉层与金属铁层界面的过渡性
• 4.4.4 磨加超细镍酸锂晶体搪瓷的密着机理
• 4.5 小结
• 第七章 全文主要结论和创新点
• 参考文献
• 致谢