《陶瓷高價反離子直接凝固注模成型的基礎研究》是依託清華大學，由楊金龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：陶瓷高價反離子直接凝固注模成型的基礎研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：楊金龍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對陶瓷膠態成型工藝存在的反應體系有毒、坯體強度低、普適性較弱、製備大尺寸複雜形狀陶瓷部件困難等問題，本項目將系統陶瓷高價反離子直接凝固注模成型工藝，擬開展以下幾個基礎問題的研究。首先，系統探討陶瓷組分、分散劑類型及添加量、pH值及固相含量對復相陶瓷懸浮體流變性能的影響規律，並建立陶瓷懸浮體流變方程，最佳化製備高固相含量、低粘度的復相陶瓷懸浮體。其次，系統研究高價反離子對高固相含量陶瓷懸浮體聚沉的影響規律，揭示高價反離子在濃懸浮體中的聚沉機制，修正經典膠體理論並建立適合高固相含量陶瓷懸浮體的聚沉方程式。再次，深入挖掘具有普適性的高價反離子控釋固化陶瓷懸浮體的新方法，並通過添加水溶性高分子進一步提高固化坯體的強度。最後，將陶瓷高價反離子直接凝固注模成型與燒結工藝結合製備高性能大尺寸複雜形狀陶瓷部件。上述研究為陶瓷高價反離子直接凝固注模成型工藝的理論研究和推廣套用提供了新的思路。
結題摘要
本文提出一種以亞微米螯合物作為固化劑來控制釋放高價反離子的新方法。採用三聚磷酸鈉、聚磷酸銨和檸檬酸銨三種螯合劑控制釋放高價反離子，並套用於氧化物陶瓷的高價反離子直接凝固注模成型中。研究了通過添加少量水溶性高分 子來增加陶瓷坯體強度的可能性。採用陶瓷分散劑失效原位凝固注模成型方法制 備了硼化鉿基陶瓷並探討其固化的微觀機制。採用三聚磷酸鈉作為螯合劑控釋高價反離子實現氧化鋯懸浮體的直接凝固注模成型。螯合物的粒度分布較窄，d50為0.11μm，粒度分布接近於粉體粒徑。濕坯的抗壓強度為2.1~3.8MPa，氧化鋯陶瓷的相對密度為99.5%，抗彎強度為726±48MPa，韋伯模量為21。採用聚磷酸銨螯合液作為固化劑，在 40~70°C下添加聚磷酸銨螯合液與二乙酸甘油酯實現懸浮體的固化成型。濕坯的抗壓強度為2.1±0.9MPa。氧化鋁陶瓷的相對密度為97.9%，抗彎強 度為388±23 MPa，韋伯模量為14。發明了一種以檸檬酸銨螯合液製備陶瓷懸浮體，通過調控pH值控制高價 反離子釋放固化陶瓷懸浮體的新方法。通過檸檬酸銨與氯化鈣製備檸檬酸鈣螯合液並製備50vol%的氧化鋁懸浮體。在40~70°C下保溫2~6 h使氧化鋁懸浮體原位固化。濕坯的抗壓強度為1.1~2.4 MPa。氧化鋁陶瓷的相對密度為98.5%，抗彎強度和韋伯模量分別為455±17 MPa和30。探討水溶性高分子提高坯體強度的微觀機制，在65°C 下，瓊脂、卡德蘭膠及聚乙烯醇對氧化鋁懸浮體粘度影響不大，而 Isobam 的自發凝膠則可使懸浮體粘度增大至 9 Pa s。添加水溶性高分子的氧化鋁濕坯抗壓強度增大至2 MPa，乾坯抗壓強度曲線呈塑性變形趨勢。添加卡德蘭膠的氧化鋁乾坯強度增大到 3 MPa，坯體的塑性性能獲得提高。採用濕磨工藝，球料比為 3:1，球磨時間為 8 h，將硼化鉿粉的 d50 減小 至 1.45 μm，滿足了膠態成型工藝的要求。利用二乙酸甘油酯緩慢水解產生乙酸，乙酸與分散劑四甲基氫氧化銨發生中和反應的特性，實現了硼化鉿懸浮體的可控、均勻固化並製備了性能良好的硼化鉿陶瓷。
