超细二氧化锆凝胶注模成型研究

论文摘要

随着具有优异特性的功能陶瓷的不断实用化,制作复杂形状陶瓷件的需求日益强烈,而传统的工艺如干压、模压、注浆、注射等成型方法已愈来愈满足不了成型要求。凝胶注模成型(gelcasting)是胶体化学、陶瓷制备技术及高分子化学结合的产物。目前,随着凝胶注模成型技术的不断改进和日臻完善,它已成为现代陶瓷的重要成型方法。结合凝胶注模成型的研究现状、过程以及相关理论,研究了超细ZrO2凝胶注模成型工艺中制备低粘度、高固相含量料浆的关键技术及素坯干燥新方法和消除残余应力带来的坯体结构缺陷问题。重点对ZrO2凝胶注模成型工艺中制备低粘度、高固相含量料浆的关键技术进行了研究。分析讨论了pH值、分散剂、研磨时间、固相量等因素对ZrO2料浆粘度的影响。试验表明:pH值、分散剂用量均会明显地影响悬浮液的分散效果和流变性。在悬浮体系中,当pH=10～11,分散剂添加量为1.5vol%～2vol%,研磨时间为20h～24h时分散效果最好。并制备了固相含量最高达58vol%,粘度仅为655mPa·s的料浆,完全能满足凝胶注模成型的要求。凝胶注模成型素坯的干燥通常是采用空气干燥法,需要在特定的温度和湿度条件下进行,常常会遇到许多困难。由于浓度梯度的存在使得坯体各部位干燥不均匀,从而使坯体中出现了结构应力和残余应力,产生了开裂、起皮、翘曲等结构缺陷。液体干燥法可将坯体内部残余应力释放出来,可以最大程度的减少甚至完全消除这些结构缺陷。分别对固相量为50vol%、52vol%、54vol%和58vol%的平板状二氧化锆凝胶注模成型坯体进行了干燥试验,试验数据表明凝胶体中固相量较低,液体干燥剂浓度较高时,有利于干燥速率的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 理论分析
• 1.1.1 课题背景及意义
• 1.1.2 凝胶注模成型工艺过程
• 1.1.3 单体预混液的配制
• 1.1.4 分散剂
• 1.1.5 陶瓷粉体
• 1.1.6 研磨、混合
• 1.1.7 影响料浆流变性的因素
• 1.1.8 料浆脱气
• 1.1.9 凝胶过程
• 1.1.10 坯体干燥
• 1.1.11 排胶过程
• 1.1.12 烧结过程
• 1.2 凝胶注模成型工艺的发展趋势
• 1.2.1 应用领域的拓展
• 1.2.2 环境友好型凝胶体系的开发
• 1.2.3 合理的凝胶固化方法的研究
• 1.2.4 与激光选区烧结成型技术联用
• 1.2.5 热可逆凝胶注模成型的发展
• 2 研究方案
• 2.1 研究目标
• 2.2 研究内容
• 2.2.1 高固相含量低粘度料浆悬浮体的制备
• 2.2.2 凝胶过程研究
• 2.2.3 干燥过程研究
• 2.3 试验过程
• 2.3.1 主要原料及化学药品
• 2.3.2 试验仪器设备
• 2.3.3 技术路线和试验方案
• 2.4 技术难点及解决方案
• 2.5 主要创新点
• 3 超细二氧化锆注凝成型料浆流变性的研究
• 3.1 原料选择及试验仪器设备
• 3.2 试验过程
• 3.2.1 料浆最佳pH 值的确定
• 3.2.2 分散剂最佳用量的确定
• 3.2.3 最佳研磨时间的确定
• 3.2.4 固相含量试验
• 4 凝胶过程的研究
• 4.1 引发剂和催化剂用量对凝胶过程影响试验
• 4.1.1 催化剂用量对凝胶过程影响试验
• 4.1.2 引发剂用量对凝胶过程影响试验
• 4.2 单体和交联剂对凝胶过程的影响
• 4.3 不同固相量的料浆凝胶过程试验
• 5 注凝成型坯体干燥及其烧结
• 5.1 干燥方法的选择
• 5.2 试验过程
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 液体干燥剂浓度对干燥速率的影响
• 5.3.2 坯体固相量对干燥速率的影响
• 5.3.3 液体干燥剂干燥法对坯体的保护作用
• 5.4 坯体烧结过程
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集