氧化锆陶瓷浆料流变性及其烧结性能研究

摘要

本论文研究了氧化锆陶瓷浆料中分散剂用量、固相体积分数、单体用量、交联剂用量和pH值对其流变性能的影响。通过单因素变量法，研究了Nano-Al2O3添加量、不同烧结方式以及烧结温度对氧化锆陶瓷密度、硬度、物相以及微观结构的影响。实验结果如下:
　　(1)氧化锆浆料在添加0.3wt％聚丙烯酸铵后，pH为10左右其Zeta电位的绝对值可以达到最大值，有利于降低浆料的粘度和氧化锆陶瓷的成型。当丙烯酰胺(AM)浓度为1.0wt％（相对于浆料的质量）时，丙烯酰胺与聚丙烯酸铵有协同作用，氧化锆浆料粘度降低，而当其浓度超过1.0wt％时，氧化锆浆料粘度会增大，主要是浆料系统有机物含量过高，其会与聚丙烯酸铵共同形成胶束结构。由于N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)有较大的活性，MBAM/AM(质量比)较高时，在制备浆料产生的高温下，使单体少量聚合，从而增加了浆料的粘度。在45vol％氧化锆浆料中，当聚丙烯酸铵掺量为0.3wt％时，浆料粘度和剪切应力显著降低。当聚丙烯酸铵用量超过0.3wt％时氧化锆浆料的粘度开始增大。
　　(2)传统烧结条件下，NanoAl2O3添加量15wt％、1600℃保温120min时氧化锆陶瓷的烧结性能和微观结构达到最佳，相对密度达到85.15％，硬度值达到740.9MPa。微波烧结条件下，Nano-Al2O3添加量15wt％、1550℃保温30min时氧化锆陶瓷的烧结性能和微观结构达到最佳，相对密度达到93.19％，硬度值达到1337.5MPa，不同烧结温度所制备的ZrO2陶瓷，其介电常数变化不大，损耗在整个频率范围基本为零，说明其介电常数和介电损耗受烧结条件的影响较小。放电等离子烧结(SPS)烧结条件下，1350℃和1400℃时Nano-Al2O3最佳添加量15wt％。1400℃保温5min时氧化锆陶瓷的各项性能分别为:相对密度达到97.44％，硬度值达到1125.3MPa，在1400℃，Nano-Al2O3的添加量为15％时样品的介电常数最大，介电损耗也最大。
　　(3)通过对比分析传统烧结、微波烧结以及SPS烧结的烧结温度、保温时间以及微观结构，可以发现相对于传统烧结，微波烧结和SPS烧结明显缩短了烧结时间，降低烧结温度的情况下可以获得更高的相对密度，并且改善了氧化锆陶瓷的微观结构以及性能。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 氧化锆陶瓷简介及其应用

1．2．1 氧化锆陶瓷简介

1．2．2 氧化锆陶瓷应用

1．3 注凝成型技术简介

1．3．1 注凝成型概念

1．3．2 注凝成型基础理论简介

1．3．3 注凝成型的优势

1．4 微波烧结简介

1．4．1微波烧结基本概念

1．4．2 微波烧结基础理论

1．4．3 微波烧结的优势

1．5 SPS烧结简介

1．5．1 SPS烧结基本概念

1．5．2 SPS烧结基础理论简介

1．5．3 SPS烧结的优势

1．6 本论文的选题背景及研究内容

1．6．1 本论文的选题背景

1．6．2 本论文的研究内容

第二章 实验与分析测试方法

2．1 实验原料及设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验设备

2．2 样品性能表征

2．2．1 线性收缩率

2．2．2 气孔率与吸水率

2．2．3 密度及相对密度

2．2．4 硬度

2．2．5 物相分析

2．2．6 显微结构

2．2．7 料浆Zeta电位

2．2．8 陶瓷料浆的流变性

2．2．9 介电性能

第三章 注凝成型浆料的制备及其流变性的研究

3．1 引言

3．2 实验步骤

3．3 结果分析与讨论

3．3．1 pH值与分散剂对氧化锆Zeta电位的影响

3．3．2 分散剂对浆料流变性影响

3．3．3 单体和AM／MBAM(质量比)对浆料流变性影响

3．3．4 固含量对浆料流变性的影响

3．4 本章小结

第四章 不同烧结方式对氧化锆陶瓷结构和性能影响

4．1 引言

4．2 实验流程

4．3 传统烧结制备氧化锆陶瓷及其性能

4．3．1 实验设计

4．3．2 相对密度测定

4．3．3 物相分析

4．3．4 微观结构

4．3．5 硬度测定

4．4 微波烧结制备氧化锆陶瓷及其性能

4．4．1 实验设计

4．4．2 相对密度分析

4．4．3 物相分析

4．4．4 显微结构观察

4．4．5 硬度测定

4．4．6 介电性能

4．5 SPS烧结制备氧化锆陶瓷及其性能

4．5．1 实验设计

4．5．2 相对密度测定

4．5．3 物相分析

4．5．4 微观结构

4．5．5 硬度测定

4．5．6 介电性能

4．6 不同的烧结方式制备氧化锆陶瓷的性能比较

4．6．1 相对密度及物理性能对比

4．6．2 微观结构分析及对比

4．6．3 介电性能

4．7 本章小结

第五章 结论及展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果