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陶瓷悬浮液流变特性及胶态成型坯体缺陷的控制

张立明  
【摘要】:本论文以抑制和消除胶态成型陶瓷坯体的气孔、裂纹等缺陷为目的,系统研究了氧化铝悬浮液的流变特性及其影响因素;提出了丙烯酸聚合改性氮化硅粉体表面的方法,并通过超声诱导实现了氮化硅悬浮液的可控、均匀固化;详细研究了胶态成型陶瓷坯体中气孔、开裂等缺陷的成因,并提出了抑制这些缺陷的工艺方案。 从悬浮液中颗粒间作用势变化的角度出发,分析了静电稳定的悬浮液剪切变稀和剪切稠化的结构原因,认为悬浮液的剪切变稀是热力学颗粒簇分解的结果,而剪切稠化则起因于悬浮液中水力学颗粒簇的形成。系统研究了柠檬酸铵加入比例、悬浮液pH值、固相体积分数、粉体粒径等因素对氧化铝悬浮液流变特性的影响规律,提出静电稳定的悬浮液在高、低剪切速率下的粘度分别取决于颗粒表面的Stern电位和Zeta电位,并确定了粉体粒径与悬浮液剪切稠化临界剪切速率之间的定量关系。 提出通过丙烯酸聚合实现氮化硅粉体表面改性从而提高氮化硅悬浮液固相体积分数的方法。以超声波处理为手段,实现了凝胶注模氮化硅悬浮液的可控、均匀固化,有效提高了坯体强度,并研究证实超声对凝胶注模成型固化过程的促进作用起因于超声对悬浮液中自由基“笼蔽效应”的破坏。 分析了胶态成型坯体中气孔的成因,提出在真空脱气的同时对悬浮液进行磁力搅拌的物理脱气方法,有效提高了脱气效果,降低了坯体中气孔的数量和孔径,提高了坯体和烧结体的力学性能。综合分析失重、差热等物理现象和化学反应产物,系统研究了凝胶注模氧化铝陶瓷坯体热氧化脱脂过程,发现了凝胶注模陶瓷坯体脱脂开裂的根本原因在于有机物热氧化气体产物的集中释放。在保证坯体强度的前提下,提出了降低坯体有机物含量,避免凝胶注模陶瓷坯体脱脂开裂的系统工艺方法。 提出纯铝酸钙水泥水解辅助固化氧化铝悬浮液的新方法。通过水泥水解形成的Ca~(2+)使海藻酸钠交联形成凝胶,同时提高悬浮液中的离子强度,降低了颗粒表面的Zeta电位,综合了Gelcasting和DCC的特点,有效提高了坯体强度。


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