氧化鋁陶瓷注凝成課件

氧化鋁陶瓷注凝成型技術(shù)的研究

姓名：劉永軍導師姓名：王志義教授工程領(lǐng)域：無機非金屬材料

1主要內(nèi)容一.文獻綜述二.選題依據(jù)及技術(shù)難度三.研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題

四.設計方法、技術(shù)路線、實驗方案的可行性分析

五.課題研究工作安排及預期成果六.參考文獻2文獻綜述氧化鋁陶瓷(剛玉瓷)化學性質(zhì)穩(wěn)定：坩堝、理化器皿、爐管、爐芯、熱電偶保護管、耐酸泵葉輪、泵體、泵蓋、軸套、輸送酸管的內(nèi)襯和閥門

機械強度高：陶瓷刀具，機械中的耐磨零件，耐磨工具優(yōu)異光透過性、電性能：微波電解質(zhì)，雷達天線罩，超高頻大功率電子管支架、窗口、管殼、晶體管底座、集成電路基板和元件3冷等靜壓成型：常溫下成型密封于柔性模具中的粉料，但設備投資大，生產(chǎn)工藝復雜、工序繁多、產(chǎn)品易變形開裂

擠壓成型：適宜成型管狀、柱狀和端面規(guī)則的產(chǎn)品，也用來擠制片狀膜、蜂窩狀和篩格式穿孔制品，但擠嘴結(jié)構(gòu)復雜，加工精度要求高，坯體干燥與燒成收縮大

注射成型：主要用于生產(chǎn)紡織機用陶瓷配件，但成型溫度難以精確控制，坯體強度低，易開裂變形5凝膠注模成型的研究概況及發(fā)展趨勢凝膠注模成型的起源：上世紀90年代初，美國橡樹嶺國家實驗室發(fā)明的一種全新的陶瓷材料濕法成型技術(shù)，該工藝與傳統(tǒng)成型工藝相比，具有設備簡單、成型坯體組分均勻、缺陷少、不需脫脂、不易變形、可成型復雜形狀零件及實用性強等突出優(yōu)點。

應用：此法已被用來成型從單組分體系到多組分復合體系，形狀從塊狀到板狀、管狀、葉片、齒輪、渦輪轉(zhuǎn)子等多種陶瓷。原料除陶瓷粉末外，還可用金屬粉末如不銹鋼粉末等6Al2O3陶瓷凝膠注模成型中凝膠體系分為單分子聚合和高分子凝膠體系。K.Prabhakaram研究了單分子聚合體系尿素-甲醛凝膠成型的三個方面：制備高濃度的漿料，控制methylolurea單體縮聚反應使其凝膠成型，丙烯酸共聚作用提高坯體的強度和加工性能。燒結(jié)后產(chǎn)品密度可達到理論密度的97%高分子凝膠體系，謝志鵬研究了“瓊脂糖凝膠注模成型陶瓷部件”，利用天然水溶性瓊脂糖高分子在水溶液中加熱時溶解、冷卻時凝固具有一定強度的特性，成型形狀復雜的陶瓷部件，并燒結(jié)出均勻致密、內(nèi)部無明顯缺陷的渦輪轉(zhuǎn)子7吳鎮(zhèn)江等研究了Al2O3凝膠注模成型添加TiO2助燒劑的影響，加入TiO25%時大大降低Al2O3陶瓷燒結(jié)溫度，1300℃常壓燒結(jié)密度可達97%Chang-GiHa等研究了顆粒尺寸對Al2O3凝膠注模成型工藝及坯體性能的影響，采用的凝膠體系為：有機單體AM、交聯(lián)劑MBAM、引發(fā)劑APS、催化劑TEMED、分散劑DuramaxD-3019。顆粒尺寸小，比表面積大，吸附分散劑多，對氣孔尺寸、分布、微結(jié)構(gòu)及強度有較大的影響，但對收縮率和密度影響不大9趙雷等研究了微量離子對注凝成型丙烯酸聚合體系凝膠點的影響。Fe2+、Cu2+、Al3+、Ca2+等無機離子常以微量雜質(zhì)的形式存在于陶瓷粉末中，微量Fe2+、Cu2+對凝膠體系聚合有明顯加速作用，使凝膠時間變短，Al3+也會使聚合加速，但效果不明顯，Ca2+對體系有阻聚作用10選題依據(jù)及技術(shù)難度凝膠注模成型與傳統(tǒng)成型工藝相比，有設備簡單、成型坯體組分均勻、缺陷少、不需脫脂、不易變形、可成型復雜形狀零件等突出優(yōu)點以及半成品機械加工強度高、加工余量少等后續(xù)加工優(yōu)勢，可實現(xiàn)近凈尺寸成型，具有很強的實用性。另外，膠凝成型遠未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還有較多技術(shù)問題未得到解決，因此研究該技術(shù)的工業(yè)化具有較大的價值。存在主要技術(shù)問題：①如何獲得低燒成收縮、高規(guī)整度、高生坯強度的氧化鋁陶瓷坯體，實現(xiàn)機械化半成品加工；②實現(xiàn)漿料凝膠化時間、固相含量、料漿的流動性的可控和最優(yōu)化；③利用工業(yè)級原料實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；④進一步降低氧化鋁陶瓷燒成溫度11設計方法、技術(shù)路線、實驗方案的可行性分析制備高固相含量、低粘度氧化鋁陶瓷漿料：以丙烯酰胺(MA)、N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)為研究體系，以漿料粘度、固含量、生坯的抗彎強度為主要表征手段，詳細探討單體、分散劑、交聯(lián)劑、水相對含量、漿料的pH值的影響采用工業(yè)級原料，探討注凝成型工藝的穩(wěn)定性和工業(yè)化小試的可行性研究各添加劑如氧化鈦、氧化鉻稀土氧化物等對氧化鋁陶瓷低溫燒成的影響，探討進一步降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度的可行性13課題研究工作安排及預期成果2005.7-2005.12查閱文獻，了解國內(nèi)外發(fā)展概況和研究趨勢，撰寫文獻綜述，準備開題2006.1-2007.3實驗室實驗和工業(yè)化小試階段2007.3-2007.5結(jié)果整理、畢業(yè)論文撰寫2007.6-7畢業(yè)論文答辯期望能在工廠小批量生產(chǎn)氧化鋁陶瓷器件14參考文獻[1]M.A.Janney,O.O.Omatete.Gel-casting-anewceramicformingprocess.J.Am.Ceram.Soc.,1991,70(10):1641一1649[2]M.A.Jammey,O.O.Omatete.Methodformoldingpowersusingawater-basedgel-casting.USPatent628362,1991-7-2[3]O.O.Omatete,M.A.Janney,etal.GelcastingfromlaboratorydevelopmenttowardsIndustrialproduction.J.Eur.Ceram.Soc.1997,17:407-413[4]郭瑞松,蔡舒等.工程結(jié)構(gòu)陶瓷.天津大學出版社,2002:61-93[5]金志浩,高積強,喬冠軍.工程結(jié)構(gòu)材料.西安交通大學出版社,2000:131-137[6]楊金龍,謝志鵬等.a-A12O3，懸浮體的流變性及凝膠注模成型工藝的研究.硅酸鹽學報,199826(1):41-46[7]唐興竹,王樹海等.凝膠成型微孔梯度陶瓷材料制備新工藝的研究.硅酸鹽通報,2001(2):23-29[8]R.Gilissen,J.P.Erauw,etal.Gel-casting,anearnetshapetechnique.MaterialsandDesign,2000,21:251-257[9]YuJia,YoshinoriKanno,etal.Newgel-castingprocessforaluminaceramicsbasedongelationofalginate.J.Eur.Ceram.Soc.,2002,22:1911一1916[10]吳鎮(zhèn)江,減麗坤等.A1203凝膠注模成型及添加TiO2燒結(jié)助劑的影響.過程工程學報,2001,1(4):398-401[11]張燦英,戚憑等.氧化鋁基陶瓷凝膠注模成型工藝的研究.無機材料學報,1999,14(4):623一629[12]戚憑,張燦英.A12O3凝膠注模技術(shù)研究.青島大學學報,1999,12(2):41一45[13]ChristopherH.Schilling，PiotrTomasik,etal.Proteinplasticizersforaqueoussuspensionsofmicrometricandnanometricaluminapowder.MaterialsScienceandEngineering,2002,A336:219-224[14]LongjieZhou,YongHuang,etal.PreparationofSi3N4ceramicswithhighreliabilityviaaprocessingstrategy.J.Eur.Ceram.Soc.,2002,22:1347-1353[15]ZhongzhouYi,ZhipengXie,etal.Studyongel-castingofsiliconnitride-bondedsiliconcarbiderefractories.MaterialsLetters,2002,3639:1-6[16]LongjieZhou,YongHuang,etal.Gas-dischargingreactionsandtheireffectonthemicrostructuresofgreenbodiesingel-castingnon-oxidematerials.MaterialsLetters,2000,45:51-57[17]許興利,馬利國等.凝膠注模Si3N4陶瓷的力學性能與顯微結(jié)構(gòu).材料工程,2001,(3):35-48[18]YongHuang,LiguoMa,etal.Surfaceoxidationtoimprovewater-basedgel-castingofsiliconnitride.J.Mater.Sci.,2000,35:3519-352515[38]H.T.Wang,X.Q.Liu,etal.Porousa-A12O3ceramicspreparedbygel-casting.MaterialsResearchBulletin,1997,12(12):1705-1712[39]F.S.Ortega,P.Sepulveda,etal.Monomersystemsforthegel-castingoffoams.J.Eur.Ceram.Soc.,2002,22,1395-1401[40]YunfengGu,XingqinLiu,etal.PorousYSZceramicbywater-basedgel-casting.CeramicsInternational,1999,25:705-709[41]袁建君,劉智恩等.羥基磷灰石陶瓷凝膠澆注成型工藝研究.華東理工大學學報.1996,22(3):310-315[42]DavidB.Hovis,K.T.Faber.Texturedmicrostructuresinbariumhexaferritebymagneticfieldassistedgel-castingandtemplatedgraingrowth.ScriptaMater.,2001,44:2525-2529[43]K.Prabhakaran,C.Pavithran.Gel-castingofaluminausingurea-formaldchyde(I)Preparationofconcentratedaqueousslurriesbyparticletreatmentwithhydrolysedaluminium.CeramicsInternational,2000,26:63-71[44]K.Prabhakaran,C.Pavithran.Gelcastingofaluminausingurea-formaldchyde(II)Machinablegreenbodiesbycopolymerisationwithacrylicacid.CeramicsInternational,2001,27:185-189[45]K.Prabhakaran,C.Pavithran.Gelcastingofaluminafromacidicaqueousmediumusingacrylicacid.J.Eur.Ceram.Soc.,2000,20:1115-1119[46]Z.P.Xie,J.L.Yang,etal.Gelationformingofceramiccompactsusingagarose.BritishTransactions.1999,98(2):58-61[47]MarshaA.Huha,JenniferA.Lewis.PolymerEffectsontheChemorheologicalanddryingBehaviorofAlumina