凝膠注模成型制備高溫結(jié)構(gòu)陶瓷

前言

　　凝膠注模盛開工藝自美國橡樹嶺國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室于20世紀(jì)90年代初發(fā)明以來，一起是材料學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。國內(nèi)十多年前就對(duì)此工藝高度關(guān)注，清華大學(xué)黃勇課題組開展了大量卓有成效的研究工作。隨后，北京航空材料研究院、鋼鐵研究半路出家、山東工陶院等進(jìn)行了應(yīng)用研究，均取得較好進(jìn)展。

內(nèi)容概要

　　凝膠注模成型工藝新技術(shù)于20世紀(jì)末由美國發(fā)明用于陶瓷的制備。該技術(shù)將傳統(tǒng)的陶瓷制作工藝結(jié)合有機(jī)單體聚合生成高分子的方法，利用有機(jī)單體聚合將陶瓷粉料懸浮體原位固化，之后經(jīng)過干燥、排膠、燒結(jié)等工藝過程制備復(fù)雜形狀的近凈尺寸陶瓷部件。該技術(shù)特點(diǎn)為：有機(jī)單體含量低，產(chǎn)品尺寸精度高，坯體強(qiáng)度高，可進(jìn)行機(jī)械加工，明顯優(yōu)于其他復(fù)雜形狀陶瓷部件的成型工藝，有機(jī)添加劑燒后不含殘留雜質(zhì)，在高質(zhì)量、特殊形狀精密陶瓷元件生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。該工藝技術(shù)在陶瓷、耐火材料、粉末冶金等領(lǐng)域備受關(guān)注，已經(jīng)應(yīng)用到碳化硅、氮化硅、賽隆、氧化鋯、氧化鋁、鎂鋁尖晶石、金屬陶瓷等材料的研究與生產(chǎn)過程。　　本書包括凝膠注模成型工藝導(dǎo)論，凝膠注模成型工藝常用粉體，A1203-MgO·nAl2O3復(fù)合材料，SiAlON—SiC復(fù)相材料，SIALON結(jié)合剛玉耐火材料的凝膠注模成型研究，凝膠注模成型超細(xì)二氧化鋯懸浮體的制備。　　本書內(nèi)容豐富，技術(shù)先進(jìn)，可作為高等院校無機(jī)非金屬材料專業(yè)的教學(xué)參考書，也可供材料領(lǐng)域科研院所及生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1　凝膠注模成型工藝導(dǎo)論1.1　凝膠注模成型工藝研究進(jìn)展1.1.1　凝膠注模成型工藝流程1.1.2　凝膠注模成型工藝的特點(diǎn)1.1.3　凝膠注模成型用凝膠體系1.1.4　幾種改進(jìn)型凝膠注模成型工藝1.1.5　凝膠注模成型工藝的應(yīng)用1.2　漿料的流變學(xué)性質(zhì)1.2.1　漿料的流變性1.2.2　影響漿料流變性的因素參考文獻(xiàn)2　凝膠注模成型工藝常用粉體2.1　剛玉2.1.1　剛玉（A1203）的晶體特征2.1.2　剛玉的性能2.1.3　剛玉的應(yīng)用2.2　鎂鋁尖晶石2.2.1　MgAl204（尖晶石）型結(jié)構(gòu)2.2.2　鎂鋁尖晶石（MgAl204）的性質(zhì)及應(yīng)用2.3　碳化硅的性能及應(yīng)用2.4　賽隆2.4.1　賽隆的物理化學(xué)性質(zhì)2.4.2　SiAlON的應(yīng)用2.4.3　SiAlON的研究進(jìn)展參考文獻(xiàn)3　A12 03-Mgo·nAl203復(fù)合材料3.1　A1203-MgO·nAl203復(fù)合材料的特性與應(yīng)用3.1.1　制備A1203-MgO·nAl203材料的原料3.1.2　制備A1203-MgO·nAl203材料的方法3.1.3　A1203-MgO·nAl203材料的特性3.1.4　A1203-MgO·nAl203材料的應(yīng)用3.2　A1203-MgO·1.35A1203復(fù)合漿料的流變性研究3.2.1　漿料制備3.2.2　性能測試3.2.3　粉體的表征3.2.4　分散劑對(duì)復(fù)合漿料流變性的影響3.2.5　pH對(duì)復(fù)合漿料流變性的影響3.2.6　Ca抖、Na+強(qiáng)度對(duì)漿料流變性的影響3.2.7　顆粒尺寸及分布對(duì)漿料流變性的影響3.2.8　制漿工藝對(duì)漿料黏度的影響3.2.9　小結(jié)3.3　A1203-MgO·1.35A1203復(fù)合漿料的制備3.3.1　漿料制備3.3.2　漿料制備與性能測試3.3.3　粉體特性對(duì)固相體積分?jǐn)?shù)的影響3.3.4　制漿工藝對(duì)固相體積分?jǐn)?shù)的影響3.3.5　pH值對(duì)固相體積分?jǐn)?shù)的影響3.3.6　分散劑對(duì)固相體積分?jǐn)?shù)的影響3.3.7　MgO對(duì)復(fù)合漿料固相體積分?jǐn)?shù)的影響3.3.8　單體和交聯(lián)劑對(duì)漿料固相體積分?jǐn)?shù)的影響3.3.9　低黏度、高固相體積分?jǐn)?shù)A1203-MgO·1.35A1203復(fù)合漿料的制備3.3.10　小結(jié)3.4　A1203-MgO·1.35A1203復(fù)合漿料的凝膠注模成型3.4.1　預(yù)混液組成的確定3.4.2　凝膠注模成型坯體的制備3.4.3　凝膠注模成型坯體制備條件的確定3.4.4　凝膠注模成型坯體制備的工藝條件控制3.4.5　小結(jié)3.5　含粗顆粒A1203-Mg0·1.35A1203耐火材料凝膠注模成型研究3.5.1　漿料中粗細(xì)顆粒比例確定原理3.5.2　漿料制備3.5.3　含粗顆粒漿料的流動(dòng)性測定3.5.4　坯體的制備、排膠與燒結(jié)3.5.5　抗渣性能測試3.5.6　漿料中粗顆粒與粉體的適宜比例3.5.7　分散劑最佳加入量確定3.5.8　有機(jī)單體和固相體積分?jǐn)?shù)對(duì)坯體密度的影響3.5.9　坯體的性能與顯微結(jié)構(gòu)3.5.10　材料抗渣侵蝕性能3.5.11　MgO助燒劑對(duì)材料性能的影響3.5.12　小結(jié)參考文獻(xiàn)4　SiAlON-SiC復(fù)相材料4.1　SiAlON—SiC懸浮體流變性研究4.1.1　漿料pH的確定4.1.2　影響懸浮體流變性的因素4.1.3　懸浮體流變性分析4.1.4　小結(jié)4.2　SiAlON—SiC復(fù)合材料坯體性能研究4.2.1　影響坯體性能的因素4.2.2　坯體的顯微結(jié)構(gòu)分析4.2.3　小結(jié)4.3　SiAlON—SiC制品燒結(jié)性能研究4.3.1　燒成制度的確定4.3.2　鋁硅細(xì)粉的塑性燒結(jié)及機(jī)理分析4.3.3　液相燒結(jié)機(jī)理4.3.4　制品的燒結(jié)熱力學(xué)研究4.3.5　制品的氮化動(dòng)力學(xué)研究4.3.6　Z值對(duì)制品燒結(jié)性能的影響4.3.7　溫度對(duì)制品燒結(jié)性能的影響4.3.8　顆粒組成對(duì)制品燒結(jié)性能的影響4.3.9　燒結(jié)助劑對(duì)制品燒結(jié)性能的影響4.4　不同成型方法的制品的性能對(duì)比研究4.4.1　性能測試4.4.2　試驗(yàn)結(jié)果和討論4.4.3　小結(jié)參考文獻(xiàn)5　SiAI0N結(jié)合剛玉耐火材料的凝膠注模成型研究5.1　實(shí)驗(yàn)過程及實(shí)驗(yàn)方法5.1.1　固相原料的配制5.1.2　高固相含量懸浮體的制備和凝膠注模成型5.1.3　性能檢測5.2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析5.2.1　分散劑加入量、比率和pH值對(duì)懸浮體表觀黏度的影響5.2.2　SiAlON結(jié)合剛玉懸浮體的流變性和穩(wěn)定性5.2.3　SiAlON結(jié)合剛玉懸浮體流變模型的建立5.2.4　凝膠注模成型SiAlON結(jié)合剛玉耐火材料性能的研究5.3　小結(jié)參考文獻(xiàn)6　凝膠注模成型超細(xì)二氧化鋯懸浮體的制備6.1　實(shí)驗(yàn)過程6.2　性能測試6.3　結(jié)果與討論6.3.1　分散劑的選擇與用量6.3.2　pH的確定6.3.3　固相含量的確定6.3.4　研磨時(shí)間的確定6.3.5　料漿流變學(xué)特性6.3.6　坯體顯微結(jié)構(gòu)6.4　結(jié)論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1　凝膠注模成型工藝導(dǎo)論　　1.1　凝膠注模成型工藝研究進(jìn)展　　凝膠注模成型工藝于20世紀(jì)90年代初由美國人發(fā)明，起初用于陶瓷的制備。該工藝主要通過制備低黏度、高固相體積分?jǐn)?shù)的漿料，再將漿料中有機(jī)單體聚合使?jié){料原位凝固，從而獲得高密度、高強(qiáng)度、均勻性好的坯體。坯體經(jīng)過干燥、排膠和燒結(jié)等工序后，可直接制備出復(fù)雜形狀的近凈尺寸部件。由于該工藝先進(jìn)，引起不少學(xué)者的重視，相繼對(duì)該工藝作了進(jìn)一步研究?！　?.1.1　凝膠注模成型工藝流程　　凝膠注模成型工藝將傳統(tǒng)的陶瓷工藝與聚合物化學(xué)知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來，將有機(jī)單體聚合成高分子的方法靈活地引入到陶瓷的成型工藝中，其工藝流程如圖1.2所示。該工藝成型的生坯強(qiáng)度很高（可達(dá)30MPa），能直接進(jìn)行機(jī)加工，明顯優(yōu)于其他復(fù)雜形狀陶瓷部件的成型工藝，這對(duì)燒結(jié)后很難加工的陶瓷材料來說非常有益。該成型方法所用的添加劑可全部使用有機(jī)物，部件燒結(jié)后不含殘留雜質(zhì)，是一種較為新穎的近凈尺寸成型技術(shù)，可制作高質(zhì)量、形狀復(fù)雜的部件?！　≡摴に囀褂玫闹饕嫌校悍垠w、有機(jī)單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、催化劑、分散劑和溶劑。其工藝關(guān)鍵是要制備出低黏度且高固相體積分?jǐn)?shù)（>50％）的漿料，這可通過靜電排斥力或空間位阻穩(wěn)定作用實(shí)現(xiàn)。該工藝包括幾個(gè)過程：首先將粉體分散到含有有機(jī)單體和交聯(lián)劑的水溶液或非水溶液中，注模前加入引發(fā)劑和催化劑，充分?jǐn)嚢杈鶆虿⒚摎夂?，將漿料注入非孔模具中；然后在一定的溫度條件下引發(fā)有機(jī)單體聚合，使?jié){料黏度驟增，從而導(dǎo)致漿料原位凝固形成濕坯；接著凈濕坯脫模后在一定的溫度和濕度條件下干燥，得到高強(qiáng)度坯體；最后將干坯排膠并燒結(jié)得到致密部件。

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