陶瓷精密成型技術(shù)研究.pdf

1、高性能陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能，在航空航天、國(guó)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(dǎo)致其燒后精密加工非常困難，導(dǎo)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(shí)現(xiàn)陶瓷坯體的近凈尺寸成型為研究目標(biāo)，以求得陶瓷制品燒成后最小的冷加工量，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷制品的燒后精密加工。
　　凝膠注模成型是實(shí)現(xiàn)陶瓷精密成型的方法之一。漿料中的有機(jī)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(qiáng)度高、密度均勻、可以進(jìn)行精密機(jī)加工的陶瓷坯體。該技術(shù)對(duì)于制備形狀復(fù)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(shí)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(jī)單體，探究了NMAM(N-羥甲基丙烯酰胺)水凝膠體系影響膠凝時(shí)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(qiáng)度陶瓷坯體，并詳細(xì)研究了NMAM聚合體系各組分對(duì)坯體性能(生坯強(qiáng)度、收縮率、體積密度等)的影響，重點(diǎn)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(shí)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(shí)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(qiáng)度，太大容易增大凝膠的干燥敏感性，出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)溶脹度表征交聯(lián)度的大小，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，單體濃度為20 wt％，交聯(lián)劑與單體比例不超過(guò)1/10為合適。
　　(3)利用乙醇易揮發(fā)的特點(diǎn)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(huì)延緩膠凝時(shí)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(shí)間對(duì)凝膠注模陶瓷坯體的結(jié)構(gòu)均勻性具有重要影響。實(shí)驗(yàn)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(shí)進(jìn)行，得到結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷坯體。
　　(5)凝膠注模成型實(shí)現(xiàn)陶瓷精密加工的關(guān)鍵是得到具有滿(mǎn)足精密機(jī)加工強(qiáng)度的陶瓷坯體。實(shí)驗(yàn)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(shí)，可以得到結(jié)構(gòu)均勻、體積密度大于1.25 g/cm3、強(qiáng)度高達(dá)16MPa的陶瓷坯體，完全滿(mǎn)足坯體精密機(jī)加工的需求。
　　(6)聚合體系凝膠對(duì)溫度、濕度非常敏感，干燥脫水過(guò)程對(duì)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(dāng)脫水率達(dá)到70％后，可以快速干燥。
　　(7)通過(guò)對(duì)坯體進(jìn)行TG，DTA測(cè)試分析，確定了合理的排膠工藝。300℃保溫2小時(shí)，排出干燥剩余水分，以及有