喂料特性对ZTA陶瓷注射成型工艺的影响

论文摘要

氧化锆增强氧化铝（ZTA）陶瓷材料具有高硬度、高韧性、耐高温、耐腐蚀和耐磨损等金属材料难以企及的优点,其原材料广泛,价格低廉,又是其它陶瓷材料无法比拟的。在航天、航空、冶金、发动机耐磨部件、刀具、生物医用材料等方面具有十分诱人的应用前景。陶瓷粉体的注射成型是一种先进的陶瓷近净尺寸成型技术,它的最大优点是可以批量的生产复杂形状和精确尺寸的陶瓷,节约了大量的后加工的费用。在诸多影响注射成型工艺的因素中,注射成型所用原料——喂料的性质的影响是决定性的。通常喂料是由粉体和高分子粘结剂组成的。陶瓷注射成型CIM工艺中,喂料的流变行为反映了喂料的稳定性、均匀性、对剪切速率和温度的敏感性,以及在注射过程中喂料的充模性与成型性。它对注射成型工艺具有显著影响,使用毛细管流变仪测定喂料的剪切速率和剪切应力,通过二次线性回归分析,可计算出喂料的粘度、非牛顿指数、屈服应力、粘流活化能等。喂料中每个组分的性能都对喂料的流变性能具有显著影响。本实验分别从粉体和粘结剂两方面研究了喂料的流变性能,分析了喂料中ZTA粉体的固含量、粉体性能、表面改性剂、高分子聚合物对喂料粘度、非牛顿指数、粘流活化能以及屈服应力的影响,及对后续坯体的烧结性能和力学性能的影响。结果表明：随着粉末固含量的增加,喂料的粘度和非牛顿指数都相应增大,注射生坯的密度随之有明显的增加,但是烧结坯体的密度只略微增加；粉末固含量为60 vol%时坯体的抗弯强度最高,而过高的粉末固含量反而容易导致喂料不均：粉末的松装密度越大,喂料的粘度、非牛顿指数和粘流活化能也越低,但是粉末松装密度对坯体性能的影响不是决定性的;粒径较小且分散均匀的粉体的烧结收缩率最大,烧结坯体密度最大,抗弯强度最高；硬脂酸、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂作为表面活性剂都与粉体表面羟基发生化学反应；硬脂酸可以明显使粉体细化,钛酸酯可以适当的降低粉体粒径,硅烷偶联剂反而加剧粉体的团聚；经硬脂酸改性后的喂料的流变性能最好且坯体力学性能最好。而以乙烯-丙烯酸丁酯共聚物（EBA）作为高分子粘结剂的喂料的流动性最好,且烧结体的抗弯强度最高,达415 MPa。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 ZTA陶瓷的简介
• 1.2 注射成型的简介
• 1.2.1 注射成型发展简史
• 1.2.2 注射成型的基本工艺
• 1.3 喂料制备
• 1.3.1 粉体的选择
• 1.3.2 粘结剂的选择
• 1.3.3 喂料的工艺
• 1.4 论文研究思路
• 第二章 材料与实验
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器与设备
• 2.3 试样制备工艺
• 2.3.1 配料
• 2.3.2 湿磨
• 2.3.3 干燥
• 2.3.4 混料
• 2.3.5 注射成型
• 2.3.6 脱脂
• 2.3.7 烧结
• 2.4 分析测试
• 2.4.1 红外光谱
• 2.4.2 流变性能
• 2.4.3 粒度分析
• 2.4.4 密度测试
• 2.4.5 表面活性测定
• 2.4.6 抗弯强度测试
• 2.4.7 显微结构分析
• 2.4.8 比表面积及孔径分析
• 第三章 粉末固含量对ZTA陶瓷注射成型的影响
• 3.1 实验
• 3.2 喂料流变性能
• 3.2.1 喂料的粘度
• 3.2.2 喂料的非牛顿指数
• 3.3 坯体的性能
• 3.3.1 密度
• 3.3.2 收缩率
• 3.3.3 孔径分布
• 3.3.4 显微结构
• 3.3.5 抗弯强度
• 3.4 本章小结
• 第四章 粉体性能对ZTA陶瓷注射成型的影响
• 4.1 实验
• 4.2 粉体的特性
• 4.2.1 粉体的松装密度
• 4.2.2 粉体的粒径
• 4.3 喂料的流变性能
• 4.3.1 喂料的粘度
• 4.3.2 喂料的非牛顿指数
• 4.3.3 喂料的粘流活化能
• 4.4 坯体性能
• 4.4.1 密度
• 4.4.2 收缩率
• 4.4.3 显微结构
• 4.4.4 抗弯强度
• 4.5 本章小结
• 第五章 表面改性剂对ZTA陶瓷注射成型的影响
• 5.1 实验
• 5.2 表面改性
• 5.2.1 硬脂酸表面改性
• 5.2.2 硅烷偶联剂表面改性
• 5.2.3 钛酸酯偶联剂表面改性
• 5.2.4 表面活性测定
• 5.3 粉体粒径分析
• 5.3.1 硬脂酸改性粉体粒径分析
• 5.3.2 钛酸酯偶联剂改性粉体粒径分析
• 5.3.3 硅烷偶联剂改性粉体粒径分析
• 5.4 流变性能
• 5.4.1 含硬脂酸喂料的流变性能
• 5.4.2 含钛酸酯偶联剂喂料的流变性能
• 5.4.3 含硅烷偶联剂喂料的流变性能
• 5.5 抗弯强度
• 5.6 本章小结
• 第六章 高分子骨架物对ZTA陶瓷注射成型的影响
• 6.1 实验
• 6.2 有机物相容性测定
• 6.3 含不同聚合物喂料流变性能
• 6.3.1 含不同聚合物喂料的粘度
• 6.3.2 含不同聚合物喂料的非牛顿指数
• 6.3.3 含不同聚合物喂料的粘流活化能
• 6.4 坯体的性能
• 6.4.1 密度
• 6.4.2 显微结构
• 6.4.3 收缩率
• 6.4.4 抗弯强度
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文