氧化铝陶瓷注凝成课件

1、氧化铝陶瓷注凝成型技术的研究 姓 名： 刘永军 导师姓名：王志义 教授 工程领域：无机非金属材料 1主要内容一.文献综述二.选题依据及技术难度三.研究内容和拟解决的关键问题 四.设计方法、技术路线、实验方案的可行性分析 五.课题研究工作安排及预期成果六.参考文献2文献综述3传统氧化铝陶瓷成型工艺 热压铸成型：用于制造形状复杂，精度和尺寸要求较高的产品，但其制造工序复杂，耗能大，工期长，污染严重，不适宜大型薄壁制品传统注浆成型：适宜大型、形状复杂、薄壁产品，但石膏消耗量大，浆料性能调整困难，生坯强度低，无法机械加工，难以保证制品的规整度，烧成后冷加工量大、成本高，劳动强度大，占地面积多，生产周期

2、长，产品质量、产量低 模压成型：工程陶瓷生产常用，但模具加工复杂、寿命短、成本高，坯体易产生开裂和分层4冷等静压成型：常温下成型密封于柔性模具中的粉料，但设备投资大，生产工艺复杂、工序繁 多、产品易变形开裂 挤压成型：适宜成型管状、柱状和端面规则的产品，也用来挤制片状膜、蜂窝状和筛格式穿孔制品，但挤嘴结构复杂，加工精度要求高，坯体干燥与烧成收缩大 注射成型：主要用于生产纺织机用陶瓷配件，但成型温度难以精确控制，坯体强度低，易开裂变形 5凝胶注模成型的研究概况及发展趋势 凝胶注模成型的起源：上世纪90年代初，美国橡树岭国家实验室发明的一种全新的陶瓷材料湿法成型技术，该工艺与传统成型工艺相比，具有

3、设备简单、成型坯体组分均匀、缺陷少、不需脱脂、不易变形、可成型复杂形状零件及实用性强等突出优点。 应用：此法已被用来成型从单组分体系到多组分复合体系，形状从块状到板状、管状、叶片、齿轮、涡轮转子等多种陶瓷。原料除陶瓷粉末外，还可用金属粉末如不锈钢粉末等6Al2O3陶瓷凝胶注模成型中凝胶体系分为单分子聚合和高分子凝胶体系。K. Prabhakaram研究了单分子聚合体系尿素-甲醛凝胶成型的三个方面：制备高浓度的浆料，控制methylol urea单体缩聚反应使其凝胶成型，丙烯酸共聚作用提高坯体的强度和加工性能。烧结后产品密度可达到理论密度的97% 高分子凝胶体系，谢志鹏研究了“琼脂糖凝胶注模成型

4、陶瓷部件”，利用天然水溶性琼脂糖高分子在水溶液中加热时溶解、冷却时凝固具有一定强度的特性，成型形状复杂的陶瓷部件，并烧结出均匀致密、内部无明显缺陷的涡轮转子 7Marsha A. Huha等研究了聚合物对A12O3-PVA凝浇注模悬浮体化学流变性能及干燥的影响，在通过Ti离子络合交联剂形成的A12O3-PVA悬浮体体系中，PVA体积分数和交联剂浓度不变的情况下，悬浮体的化学流变性能与聚合物PVA的水解程度及分子量密切相关，增加PVA的水解程度和分子量，弹性模量相应增加，同时凝胶时间减小。当PVA体积分数不变时，凝胶时间随交联剂浓度、温度和固相体积分数的增大而减小。干燥过程中，PVA水解程度大的

5、所形成的最大应力和残余应力也大8吴镇江等研究了Al2O3凝胶注模成型添加TiO2助烧剂的影响，加入TiO25%时大大降低Al2O3陶瓷烧结温度，1300常压烧结密度可达97% Chang-Gi Ha等研究了颗粒尺寸对Al2O3凝胶注模成型工艺及坯体性能的影响，采用的凝胶体系为：有机单体AM、交联剂MBAM、引发剂APS、催化剂TEMED、分散剂Duramax D-3019。颗粒尺寸小，比表面积大，吸附分散剂多，对气孔尺寸、分布、微结构及强度有较大的影响，但对收缩率和密度影响不大9赵雷等研究了微量离子对注凝成型丙烯酸聚合体系凝胶点的影响。Fe2+、Cu2+、Al3+、Ca2+等无机离子常以微量杂

6、质的形式存在于陶瓷粉末中，微量Fe2+、Cu2+对凝胶体系聚合有明显加速作用，使凝胶时间变短，Al3+也会使聚合加速，但效果不明显，Ca2+对体系有阻聚作用 10选题依据及技术难度凝胶注模成型与传统成型工艺相比，有设备简单、成型坯体组分均匀、缺陷少、不需脱脂、不易变形、可成型复杂形状零件等突出优点以及半成品机械加工强度高、加工余量少等后续加工优势，可实现近净尺寸成型，具有很强的实用性。另外，胶凝成型远未实现产业化，还有较多技术问题未得到解决，因此研究该技术的工业化具有较大的价值。存在主要技术问题：如何获得低烧成收缩、高规整度、高生坯强度的氧化铝陶瓷坯体，实现机械化半成品加工；实现浆料凝胶化时间

7、、固相含量、料浆的流动性的可控和最优化；利用工业级原料实现产业化生产；进一步降低氧化铝陶瓷烧成温度11研究内容和拟解决的关键问题以氧化铝陶瓷为体系，研究注凝成型工艺各参数对生坯抗弯强度、固相含量、浆料流变性、注浆时间（胶凝时间）等的影响，同时考察实现工业化生产的可行性，重点研究注凝原料由分析纯改为工业纯后，注凝工艺参数的变化。拟解决的关键问题：获得高固相含量、低浆料粘度的浆体；研究采用工业纯原料对注凝成型工艺的影响；探讨工业化小试的可行性。12设计方法、技术路线、实验方案的可行性分析制备高固相含量、低粘度氧化铝陶瓷浆料：以丙烯酰胺(MA)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)为研究体系，以浆料

8、粘度、固含量、生坯的抗弯强度为主要表征手段，详细探讨单体、分散剂、交联剂、水相对含量、浆料的pH值的影响采用工业级原料，探讨注凝成型工艺的稳定性和工业化小试的可行性研究各添加剂如氧化钛、氧化铬稀土氧化物等对氧化铝陶瓷低温烧成的影响，探讨进一步降低氧化铝陶瓷烧结温度的可行性13课题研究工作安排及预期成果2005.7-2005.12 查阅文献，了解国内外发展概况和研究趋势，撰写文献综述，准备开题2006.1-2007.3 实验室实验和工业化小试阶段2007.3-2007.5 结果整理、毕业论文撰写2007.6-7 毕业论文答辩期望能在工厂小批量生产氧化铝陶瓷器件14参考文献1 M.A.Janney

9、, O.O. Omatete. Gel-casting-a new ceramic forming process. J.Am.Ceram. Soc., 1991, 70(10):1641一16492 M. A.Jammey, O. O.Omatete. Method for molding powers using a water-based gel-casting. US Patent 628362, 1991-7-23 O. O.Omatete, M. A.Janney, et al. Gelcasting from laboratory development towards Indu

10、strial production. J. Eur. Ceram .Soc. 1997, 17: 407-4134郭瑞松,蔡舒等.工程结构陶瓷.天津大学出版社,2002: 61-935金志浩,高积强,乔冠军.工程结构材料.西安交通大学出版社,2000: 131-1376杨金龙,谢志鹏等.a -A12O3，悬浮体的流变性及凝胶注模成型工艺的研究.硅酸盐学报,1998 26(1) :41-467唐兴竹,王树海等.凝胶成型微孔梯度陶瓷材料制备新工艺的研究.硅酸盐通报,2001 (2):23-298R. Gilissen, J. P. Erauw, et al. Gel-casting, a near

11、 net shape technique. Materials and Design, 2000,21:251-2579Yu Jia, Yoshinori Kanno, et al. New gel-casting process for alumina ceramics based on gelation of alginate. J .Eur. Ceram. Soc. ,2002, 22 :1911一191610吴镇江,减丽坤等.A1203凝胶注模成型及添加TiO2烧结助剂的影响.过程工程学报,2001,1 (4): 398-40111张灿英,戚凭等.氧化铝基陶瓷凝胶注模成型工艺的研究.无

12、机材料学报,1999, 14 (4):623一62912戚凭,张灿英.A12O3凝胶注模技术研究.青岛大学学报,1999,12 (2):41一4513Christopher H. Schilling，Piotr Tomasik, et al. Protein plasticizers for aqueous suspensions of micrometric and nanometric alumina powder. Materials Science and Engineering,2002, A336: 219-22414Longjie Zhou, Yong Huang, et al.

13、 Preparation of Si3N4 ceramics with high reliability via a processing strategy. J. Eur. Ceram .Soc., 2002, 22:1347-135315Zhongzhou Yi, Zhipeng Xie, et al. Study on gel-casting of silicon nitride-bonded silicon carbide refractories. Materials Letters, 2002, 3639:1-616Longjie Zhou, Yong Huang, et al.

14、Gas-discharging reactions and their effect on the microstructures of green bodies in gel-casting non-oxide materials. Materials Letters, 2000,45: 51-5717许兴利,马利国等.凝胶注模Si3N4陶瓷的力学性能与显微结构.材料工程,2001,(3): 35-4818Yong Huang, Liguo Ma, et al. Surface oxidation to improve water-based gel-casting of silicon n

15、itride. J. Mater. Sci., 2000, 35:3519-35251519王红洁,贾书海等.Si3N4陶瓷的凝胶注模成型工艺.西安交通大学学报,2001,35 (4):403-40620周龙捷，许兴利等.水基高固相SiC悬浮体的制备和凝胶注模成型.高技术通信,2000 (7): 100-10321Longjie Zhou, Yong Huang, et al. Gel-casting of concentrated aqueous silicon carbide suspension. J. Eur. Ceram. Soc., 2000, 20: 85-9022Liguo M

16、a, Jinlong Yang, et al. Gel-casting of rutile mixture applied to extrusion forming. J. Eur .Ceram. Soc., 2002 ,22 :2291-229623赵雷,马利国等.凝胶注模用金红石体系浓悬浮体的制备.材料导报.2000, 14 (10 ):190-19124易中周,黄勇等.凝胶注模成型氧化错耐火材料的研究.耐火材料,2002,36 (1): 9-1225Xiaolin Liu, Yong Huang, et a1. Effect of rheological properties of th

17、e suspension on the mechanical strength of Al2O3-ZrO2 composites prepared by gel-casting. Ceramics International, 2002 ,28 :159-16426孙静,高镰等.二元复合体系Y-TZP/a-A12O3浆料的流变性研究.硅酸盐学报.1998,26 (5): 662-66727周龙捷,许兴利等.含硅材料凝胶注模成型中的放气反应对生坯显微结构的影响.材料工程,2000 ,7: 30-3628张巨先,高陇桥.A12O3/SiC纳米复合材料化学制备工艺研究.硅酸盐学报,2001,29(6

18、): 550-55329Jurgen Stampfl, Haochi Liu, et al. Rapid prototype and manufacturing by gel-casting of metallic and ceramic slurries. Materials Science and Engineering. 2002, A334: 187-19230Dong Guo, Kai Cai, et al. Gel-casting based solid freeform fabrication of piezoelectric ceramic objects. Scripta M

19、aterialia ,2002, 47 :383-38731胡云香,周东祥等.BaTi03基PTC陶瓷凝胶注模成型.中国陶瓷., 2001,37 (2): 13-1632 Changgi Ha, Yeongil Jung, et al. Effect of particle size on gel-casting processes and green properties in alumina. Materials Science and Engineer, 2002, A337 :212-22133赵雷,杨金龙等.微量粒子对凝胶注模成型丙烯酸胺聚合体系凝胶点的影响.硅酸盐学报,2001,2

20、9 (6): 606-60934 Changrong Xia, et al. Preparation and characterization of SrFeCo0.5O3.25+ by gel-casting .Materials Research Bulletin. 2001,36:1587-159435Shaowu Zha,Changrong Xia, et al. Processing and electrical properties of doped-LaGa03 by gel-casting. Ceramics International, 2001 ,27:649-65436曹

21、小刚，田杰漠.多孔氧化铝陶瓷的凝胶注模成型.功能材料,2001, 32 (5): 523- 52837 Yafei Liu, Xingqin Liu, et al. Porous mullite ceramics from national clay produced by gel-casting. Ceramics International,2001, 27: 1-71638 H. T. Wang, X. Q.Liu, et al. Porous a -A12O3 ceramics prepared by gel-casting. Materials Research Bulletin ,

22、1997, 12(12):1705-171239 F. S. Ortega, P. Sepulveda, et al. Monomer systems for the gel-casting of foams. J. Eur. Ceram. Soc., 2002, 22 ,1395-140140 Yunfeng Gu, Xingqin Liu, et al. Porous YSZ ceramic by water-based gel-casting. Ceramics International ,1999 ,25 :705-70941袁建君,刘智恩等.羟基磷灰石陶瓷凝胶浇注成型工艺研究.华东

23、理工大学学报.1996,22 (3 ): 310-31542 David B. Hovis, K. T. Faber. Textured microstructures in barium hexaferrite by magnetic field assisted gel-casting and templated grain growth. Scripta Mater., 2001, 44: 2525-252943K. Prabhakaran, C. Pavithran. Gel-casting of alumina using urea-formaldchyde (I) Preparat

24、ion of concentrated aqueous slurries by particle treatment with hydrolysed aluminium. Ceramics International ,2000,26: 63-7144K. Prabhakaran, C. Pavithran. Gelcasting of alumina using urea-formaldchyde (II) Machinable green bodies by copolymerisation with acrylic acid. Ceramics International ,2001, 27: 185-18945 K. Prabhakaran, C. Pavithran. Gelcasting of alumina from acidic aqueous medium using acrylic acid. J. Eur. Ceram. Soc., 2000 ,20 :1115-11194