凝膠注模成型鈦酸鋁陶瓷工藝及其性能研究.pdf

1、鈦酸鋁陶瓷（Al2TiO5）具有低熱膨脹系數(shù)、高熔點、優(yōu)良的抗熱震性等特點，在諸多領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。然而由于成型技術(shù)的制約，難以制備形狀復(fù)雜且尺寸精準(zhǔn)的陶瓷部件。此外，該材料強度較低且在一定溫度范圍內(nèi)易分解的缺陷又限制了其應(yīng)用。本課題的目的是采用低毒性凝膠體系以研究鈦酸鋁陶瓷材料的凝膠注模成型工藝，并對該材料的強度和熱穩(wěn)定性進行改性探討。
　　本文以α-Al2O3、TiO2（金紅石型）以及添加劑為原料，采用甲基丙烯酰胺體系開展

2、凝膠注模成型工藝研究，并對各影響因素進行了理論探討。通過研究高固相、低粘度Al2O3-TiO2漿料的流變性，確定了分散劑含量、PH值、球磨制度等制漿工藝參數(shù)；通過測量坯體、燒結(jié)體的體積密度和抗彎強度及試樣斷口掃描電鏡分析（SEM），優(yōu)化漿料成型、坯體排膠與燒成工藝；通過測量燒結(jié)體試樣的抗彎強度并對其進行X射線衍射分析（XRD），研究了不同添加劑對鈦酸鋁陶瓷的力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性的影響，并對其作用機理進行分析。
　　通過實驗研究，取得

3、了以下主要結(jié)論：
　?。?）分散劑含量、PH值、固相體積分?jǐn)?shù)、球磨制度對 Al2O3-TiO2漿料流變性能影響很大，而有機單體含量對其影響很小。隨分散劑含量的增加，漿料粘度先減后增，加入量為1.4wt％時漿料的粘度值最??；漿料PH值為7時粘度最大，PH值為13時粘度最?。浑S著固相體積分?jǐn)?shù)的增加，漿料粘度逐漸增加，且固相體積分?jǐn)?shù)越大，其粘度增加幅度也越大；球磨制度為165r/min，2.5h時所得漿料粘度最??；有機單體含量從2.4w

4、t%增至3.4wt%過程中，漿料粘度值僅增加25mPa?s。正交實驗結(jié)果表明，各參數(shù)對漿料流變性的影響大小次序為：PH值＞固相體積分?jǐn)?shù)＞分散劑含量＞球磨時間＞有機單體含量。
　?。?）有機單體含量和抽真空時間對試樣的強度和密度存在一定影響。當(dāng)有機單體含量為2.6wt%時，試樣坯體強度為20.81MPa，燒結(jié)體強度為28.86MPa。抽真空時間越長，坯體體積密度越大，合理的抽真空時間約為15min。
　?。?）引發(fā)劑、催化劑的

5、加入會顯著影響漿料的凝膠化時間，當(dāng)引發(fā)劑和催化劑加入量分別為2.5vol%、0.8vol%時，凝膠化時間為5～10min。此外，還根據(jù)差熱失重分析制定了合理的排膠升溫曲線。
　　（4）燒成溫度、固相體積分?jǐn)?shù)會影響鈦酸鋁陶瓷的密度和強度。當(dāng)燒成溫度為1560℃時，鈦酸鋁陶瓷的體積密度和抗彎強度最高；當(dāng)固相體積分?jǐn)?shù)逐漸增加時，坯體和燒結(jié)體的強度先出現(xiàn)不同程度的增加，隨后出現(xiàn)小幅度下降。
　?。?）MgO、SiO2以及MgO+富釔