ZrO<,2>凝胶注模成型工艺研究
氧化锆陶瓷是性能优异的工程陶瓷材料之一，长期以来，受到了材料工作者的广泛关注和深入研究。和其它工程陶瓷一样，进二十年来，氧化锆陶瓷的先进成型技术研究也成为主要研究热点之一。本文以高耐腐蚀氧化锆陶瓷水泵叶轮的研制为背景，对氧化锆陶瓷材料的凝胶注模成型工艺进行了系统的研究。
低粘度高固相体积分数悬浮液(陶瓷浆料)的制备是凝胶注模成型工艺得以顺利实施的首要前提。本文以丙烯酰胺(CH3CONH2，简称AM)为单体，N，N'亚甲基双丙烯酰胺(C7H10N2O2简称MBAM)为交联剂，工业化学分散剂E80为分散剂，制备了水体系氧化锆陶瓷浆料。详细研究了固相含量、分散剂用量、pH及单体浓度等对浆料流动性能的影响规律。研究表明，工业化学分散剂E80是氧化锆粉体在AM单体溶液中充分分散的有效分散剂；在水体系中，按AM:MBAM=17:1，(AM+MBAM):水=18:85配制预配液，当分散剂E80的添加量为浆料质量的0.3％，pH=10.5时，可获得固相含量为50vol.％，粘度为300mPa-s的低粘度浆料。
以固相含量为50vol％的浆料为对象，以过硫酸铵(APS)为引发剂、N,N，N,N-四甲基乙二胺(TEMED)为催化剂，研究了在常规加热和微波处理情况下浆料的固化行为。在常规加热固化行为研究中，详细讨论了引发剂、催化剂及固化温度对固化时间的影响。结果表明：其引发剂添加量小于浆料质量1％、催化剂体积含量在浆料体积的0.4～0.5％范围内时，可以获得常温稳定的低粘度浆料，而该浆料在60℃的温度下加热时，固化温度可控制在20～30min;采用固相含量为50vol％的浆料成功制备了陶瓷水泵叶轮。
在引发剂和催化剂保持常规固化时的比例情况下，对等体积的浆料采用不同功率的微波处理，讨论了微波功率、微波处理时间等因素对浆料固化时间的影响，并对固化所得坯体的力学性能进行了分析。结果指出，对于固定体积的陶瓷浆料，微波输出功率对陶瓷浆料的固化时间和坯体的强度有强烈的影响，在适当的输出功率下，可以得到高密度、高强度的均匀陶瓷坯体；微波处理固化工艺与常规加热固化工艺相比，可以有效降低陶瓷浆料的固化时间；微波处理对固化过程的促进的作用取决于微波对极性水分子和有机单体分子的直接加热和微波震荡引起自由基的产生。
氧化锆陶瓷;丙烯酰胺;凝胶注模成型;硫酸铵;ZrO2
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
戴金辉
2009
中文
TQ174.75
54
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）