陶瓷精密成型技術(shù)研究.pdf

1、高性能陶瓷具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，在航空航天、國防軍事、化工等高精尖領(lǐng)域具有很廣的應(yīng)用前景，但是陶瓷材料本身具有的高性能和脆性導致其燒后精密加工非常困難，導致冷加工成本很高。為此，我們提出將高性能陶瓷燒后冷加工的難題前移，以實現(xiàn)陶瓷坯體的近凈尺寸成型為研究目標，以求得陶瓷制品燒成后最小的冷加工量，從而實現(xiàn)陶瓷制品的燒后精密加工。
　　凝膠注模成型是實現(xiàn)陶瓷精密成型的方法之一。漿料中的有機單體在一定條件下發(fā)生聚

2、合反應(yīng)生成凝膠，固相顆粒被三維凝膠網(wǎng)絡(luò)鎖在坯體內(nèi)部原位固化成型，得到強度高、密度均勻、可以進行精密機加工的陶瓷坯體。該技術(shù)對于制備形狀復雜、成分要求均勻的高性能陶瓷材料具有非常重要的現(xiàn)實意義。
　　傳統(tǒng)凝膠注模成型聚合體系為丙烯酰胺體系，具有顯著的神經(jīng)毒性。本文采用低毒性的N-羥甲基丙烯酰胺作為有機單體，探究了NMAM(N-羥甲基丙烯酰胺)水凝膠體系影響膠凝時間及凝膠干燥性能的各種因素；以骨瓷瓷粉為粉料，采用原位注凝成型技術(shù)制備出

3、了高強度陶瓷坯體，并詳細研究了NMAM聚合體系各組分對坯體性能(生坯強度、收縮率、體積密度等)的影響，重點探討了坯體干燥敏感性與聚合體系及干燥介質(zhì)、干燥方式等的關(guān)系。得出以下結(jié)論：
　　(1)NMAM水凝膠體系的膠凝時間主要受單體濃度、引發(fā)劑用量、催化劑用量及環(huán)境溫度的影響。根據(jù)生產(chǎn)需求，膠凝時間控制60～90 min較為合適，既可以盡可能除盡漿料中的氣泡，又可以避免陶瓷漿料發(fā)生沉降，膠凝溫度選擇室溫反應(yīng)，單體濃度為20.0～25

4、.0 wt％，引發(fā)劑用量為2.4ml/100mlH2O，催化劑用量為引發(fā)劑用量的2/3(v/v)。
　　(2)凝膠交聯(lián)度太小，不能保證坯體的強度，太大容易增大凝膠的干燥敏感性，出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。實驗中通過溶脹度表征交聯(lián)度的大小，通過實驗得知，單體濃度為20 wt％，交聯(lián)劑與單體比例不超過1/10為合適。
　　(3)利用乙醇易揮發(fā)的特點可以有效改善凝膠以及坯體的脫模效果，但乙醇含量的增加會延緩膠凝時間，綜合考慮，乙醇與水的比例控制

5、在1/10～1/5較為合適。
　　(4)引發(fā)劑的加入時間對凝膠注模陶瓷坯體的結(jié)構(gòu)均勻性具有重要影響。實驗表明：在球磨混料之前加入引發(fā)劑，引發(fā)劑可以均勻分布在漿料中，保證體系各部分反應(yīng)同時進行，得到結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷坯體。
　　(5)凝膠注模成型實現(xiàn)陶瓷精密加工的關(guān)鍵是得到具有滿足精密機加工強度的陶瓷坯體。實驗表明：固相含量為70～75wt％，交聯(lián)劑與單體質(zhì)量比為1:10，分散劑用量為陶瓷粉料0.2％，引發(fā)劑用量為0.6 ml/1

6、00 g粉料時，可以得到結(jié)構(gòu)均勻、體積密度大于1.25 g/cm3、強度高達16MPa的陶瓷坯體，完全滿足坯體精密機加工的需求。
　　(6)聚合體系凝膠對溫度、濕度非常敏感，干燥脫水過程對凝膠注模成型工藝尤為重要。高濕干燥和PEG水溶液干燥可以有效降低干燥速率，提高干燥安全性，當脫水率達到70％后，可以快速干燥。
　　(7)通過對坯體進行TG，DTA測試分析，確定了合理的排膠工藝。300℃保溫2小時，排出干燥剩余水分，以及有