陶瓷粉末微注射成形亞微米陣列脫脂與燒結基礎研究

《陶瓷粉末微注射成形亞微米陣列脫脂與燒結基礎研究》是依託哈爾濱工業大學，由盧振擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：陶瓷粉末微注射成形亞微米陣列脫脂與燒結基礎研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：盧振

項目摘要

粉末微注射成形亞微米級結構具有廣闊的套用前景，建立亞微米尺度下的脫脂和燒結理論是保證其成形質量的基礎，也是全新的研究領域。本項目針對陶瓷粉末微注射成形亞微米陣列的脫脂和燒結開展研究。分析不同脫脂階段的微觀結構特徵，研究亞微米尺度對不同階段粘結劑脫出機制的影響，建立包含微結構比表面積的脫脂時間/速率數學模型，通過納米彎曲分析顆粒間作用力的變化，獲得脫脂過程中保形的控制原理；研究不同燒結階段亞微米陣列的緻密化與顯微組織演變，分析亞微米陣列緻密化過程中物質的遷移機制及晶粒長大的主要驅動力，揭示坯體幾何尺寸對不同燒結階段物質擴散機制的影響規律，研究納米壓縮下亞微米陣列的變形特徵，明確陶瓷亞微米級結構的力學特性。研究成果為制定亞微米級結構的脫脂和燒結制度奠定理論基礎，對製備高質量的陶瓷亞微米級結構具有實用價值。

結題摘要

本研究針對陶瓷微細結構粉末微注射成形及脫脂與燒結開展研究，選用不同粒徑及不同成分的陶瓷粉末，包括氧化鋯、碳化矽以及碳化硼（其中位粒徑分別為100nm、200nm、0.8μm、1.2μm），確定了適合於微米及亞微米級結構注射成形的納米陶瓷餵料體系，解決了納米顆粒團聚引起的餵料不均勻性問題，通過粉末注射成形製備了納米陶瓷微細結構生坯，揭示了注射過程中存在的尺度效應，並提出了解決方案。分析了微米、亞微米及納米陶瓷微細結構脫脂過程中存在的尺度效應，揭示了適合於納米陶瓷微細結構的脫脂機理，建立了適合於納米陶瓷微細結構的脫脂工藝規範，將預氧化技術引入陶瓷微細結構生坯脫脂過程中，可顯著提高微細結構生坯脫脂後強度。揭示了粉末微注射成形納米陶瓷微細結構無壓燒結緻密化行為，明確了粉末微注射成形納米陶瓷微觀組織特徵，掌握了納米陶瓷微細結構燒結過程孔洞遷移規律及其對微細結構緻密度的影響，為納米陶瓷微注射成形的燒結工藝最佳化提供了理論支持。分析了不同類型超細陶瓷粉末注射成形結構強度，總結了結構尺寸對粉末微注射成形陶瓷微結構力學性能的影響規律，探索了納米陶瓷粉末注射成形微結構力學特性，明確了預氧化對不耐氧化類陶瓷粉末注射成形結構力學特性影響規律。但同時發現通過消失模具材料來保證微小圓柱的脫模不適用，這是由於消失模在加熱去除過程中對微小圓柱會產生力的作用，此時微小圓柱內的聚合物也受熱變軟抵抗外力變形的能力顯著下降，進而導致微小圓柱彎曲變形，因此本研究未對消失模具進行深入研究。