凝胶注模成型工艺的研究

综述了陶瓷凝胶注模工艺的产生、工艺过程、常用的凝胶体系，并和相关成型技术进行了比较，论述了其发展状况和存在的问题，展望了其发展趋势，尤其是在功能陶瓷成型的应用方面。     

煅烧预处理改善氮化硅的凝胶注模成型工艺

凝胶注模成型工艺要求制备高固相含量、低粘度的浓悬浮体.商业氮化硅粉体表面特性复杂,难于制备符合工艺要求的悬浮体,而且在水基凝胶注模成型中固液界面上发生的放气反应也会导致坯体中存在显气孔缺陷.因此,本文在850℃下煅烧氮化硅粉2h,改善了粉体表面特性,在颗粒表面生成SiO2和Si2N2O包覆层,使成型过程中产生气孔的有害反应得到有效抑制,从而通过凝胶注模成型获得了均匀的坯体.     

凝胶注模技术制备高强度多孔氮化硅陶瓷

采用凝胶注模技术和无压烧结工艺制备高孔隙率、高强度多孔氮化硅陶瓷。研究了浆料固相含量对多孔氮化硅陶瓷坯体相对质量损失和收缩率的影响,测定了材料在烧结前后的物相组成,分析了浆料固相含量对多孔氮化硅陶瓷显微结构、孔隙率、弯曲强度及断裂韧性的影响。结果表明:随浆料固相含量增大,坯体相对质量损失率和收缩率减小,烧结后的多孔氮化硅陶瓷孔隙率由65.24%减小到61.19%;而弯曲强度和断裂韧性分别由93.91MPa和1.48MPa·m1/2提高到100.83MPa和1.58MPa·m1/2。长棒状β-Si3N4晶粒无规律的交错搭接和相互咬合是多孔氮化硅陶瓷在保持高孔隙率的同时具有高强度的主要原因。     

水基凝胶注模制备高导热氮化硅陶瓷

获得低黏度的氮化硅陶瓷浆料,并利用水基凝胶注模成型工艺制备高导热氮化硅陶瓷。探究和讨论了MgO对氮化硅陶瓷的浆料流变性及热导率的影响。结果表明：MgO在浆料中造成颗粒团聚导致黏度上升,并随着MgO添加量的提高,浆料黏度对pH值越来越敏感;合理调节pH值和分散剂的添加量能获得低黏度的陶瓷浆料;利用水基凝胶注模成型工艺制备了热导率为83.7 W·m^–1·K^–1,抗弯强度为945 MPa,断裂韧性为8.4 MPa·m^1/2的氮化硅陶瓷,表明环保的水基成型工艺制备高导热氮化硅陶瓷是可行的。     

陶瓷的凝胶注模成型及其研究现状

阐述了陶瓷凝胶注模成型(gelcasting)的工艺过程及关键影响因素,介绍了最近几年该技术的研发动态,指出环境友好型凝胶体系的开发,应用领域的拓展是Gelcasting工艺今后一段时间内研究的重点.     

钛酸铝陶瓷凝胶注模成型工艺的研究

通过凝胶注模工艺成型了钛酸铝坯体。研究了分散剂和固相含量对钛酸铝浆料流变性的影响,并探讨了单体和交联剂用量对钛酸铝坯体性能的影响规律。结果表明,聚甲基丙烯酸铵(PMAA-NH4)比柠檬酸铵(TAC)的分散效果更佳。加入0.5vol%的PMAA-NH4可制备出固相体积含量达52vol%的低粘度钛酸铝浆料。单体丙烯酰胺(AM)加入量应控制在1.0wt%￣1.5wt%,交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)的最佳用量为0.1 5wt%。凝胶注模成型的钛酸铝烧成试样晶粒细小,其强度相比于干压成型或注浆成型的试样提高了一倍。     

凝胶注模法制备CA6多孔陶瓷工艺的研究

以α-Al₂O₃微粉、CaCO₃（分析纯）为主要原料,以去离子水为溶剂,丙烯酰胺为单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用凝胶注模工艺合成CA₆多孔陶瓷,研究了分散剂（NaPO₃）₆加入量（分别占粉体质量的0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1%）、pH（pH分别为7、8、9、10、11、12和13）和固相含量（固相体积分数分别为40%、42%、44%、46%和48%）对α-Al₂O₃-CaCO₃复合浆料流变性以及CA₆多孔陶瓷性能的影响,从而确定凝胶注模法制备CA₆多孔陶瓷的最佳工艺。结果表明：随着α-Al₂O₃-CaCO₃复合浆料中（NaPO₃）₆加入量的增加和pH的升高,其黏度呈现出先减小后增大的趋势;随着固相含量的增加...     

凝胶注模法制备多孔Si3N4陶瓷研究进展

凝胶注模法是一种将陶瓷粉体成型和有机聚合物化学反应相结合的新成型工艺,可以用来制备形状复杂且气孔率高的多孔Si_3N_4陶瓷。综述了当前主要的凝胶注模工艺体系及其原理,介绍了利用凝胶注模工艺同其它各种造孔方法相结合,制备具有不同气孔尺寸、形貌和孔径分布的多孔Si_3N_4陶瓷的机制以及最新研究进展。     

陶瓷的凝胶注模成形技术及应用

1.前言陶瓷材料烧结后机械加工非常困难且大幅度增加生产成本。故陶瓷零件的近尺寸精密成形技术是保证陶瓷零件质量,降低成本和使所研制的新材料能够得到实际应用的关键环节。近几十年来,除了传统的陶瓷坯体成形技术如干压、冷等静压、注浆、挤制、流延、热压铸以及注射、压滤等成形技术继续应用于生产实际并得到不同的改进和提高外,自90年代以来新发展起来的几项湿法成形专利技术特别引人注目,它们是:1)Nonaquous Gel Casting(有机基凝胶注模成形)     

凝胶注模-固相反应法制备硼酸铝多孔陶瓷

为了提高硼酸铝基陶瓷的强度和隔热性能,以Al₂O₃纳米粉和B₂O₃微粉为主要原料,采用叔丁醇基凝胶注模结合原位固相反应工艺制备硼酸铝多孔陶瓷,研究了Al、B物质的量比(分别为9∶2、9∶4和9∶6)、热处理温度(分别为1 000、1 200和1 400℃)对硼酸铝多孔陶瓷性能的影响。结果表明：1)由于B₂O₃在高温下易挥发,过量的B₂O₃有利于硼酸铝晶须的生成;但过量太多会使生成的硼酸铝晶须过于粗大,导致试样致密度过高。2)热处理温度过低,硼酸铝晶须发育较差,试样致密度较低;而热处理温度过高,晶须之间会发生烧结致密化。3)当Al、B物质的量比为9∶4,热处理温度为1 200℃时,硼酸铝晶须长径比较大,并相互交织形成三维网络结构;所得多孔陶瓷具有较小的体积密度(0.67 g·cm^-3)、较低的热导率(室温下0.141 W·m^-1·K^-1)和较高的常温...     

酸洗处理对氮化硅浆料粘弹性的影响

在酸洗处理工艺有效改善氮化硅浆流动性的研究基础上,本工作通过通过动态振范测量的方法了酸洗处理前后氮化硅浆料粘弹性的变化规律。结果表明：随着氮化硅浆料固相含量的提高,线性粘弹区的范围逐渐减小,相应的弹性储能模量Ｇ＇值增大,经酸洗处理的浆料的线性粘弹区扩大,相应的弹性储能模量Ｇ＇值大幅度减小。随着浆料固相含量的提高,体系的粘弹疚逐渐增大,特征频率ωｃ逐渐减小体系由粘性逐渐转人继弹性。酸洗处理的氮化硅浆     

酸洗处理对氮化硅浆料流变行为的影响

通过酸洗处理工艺对氮化硅粉体进行了表面改性,并研究了酸洗处理对粉体胶体特性及其浆料流动行的影响。结果表明：酸洗处理之后悬浮粒子的等电点升高;ＸＰＳ表面分析说明这是粉体表面氧化程度降低的缘故。     

高固含量氮化硅浆料的制备工艺

本文通过沉降,Ｚｅｔａ电位的测定以及流变测量的方法研究了制备高固体含量氮化硅浆产的工艺条件,结果发现：Ｓｉ３Ｎ４悬浮粒子的等电点在ｐＨ＝４．２其最大的Ｚｅｔａ电位在ｐＨ＝１１附近,分散剂的引入有效地提高悬浮粒子的Ｚｅｔａ电位,改善浆料的分散性,最佳分散剂用量在１．０－１．２ｗｔ％之间,并且,最佳分散性的用量不随浆料固含量的变化而改变,球磨８ｈ已能获得较好的流动性,进一步延长球磨时间并不能有效的改善     

铁元素在氮化硅铁中的存在状态

用化学分析、XRD，SEM，EDS等检测手段，首次对闪速燃烧工艺制备的新型合成原料——氮化硅铁(Fe-Si3N4)中铁元素的存在状态进行了研究。结果表明：以小于0．074mm的FeSi75颗粒为原料制备氮化硅铁时，FeSi75颗粒表面的硅原子氮化形成氮化硅包覆层，硅铁受热熔化；随着硅的持续氮化减少，铁含量相对增加，硅的氮化难度加大；最后，铁以Fe3Si和α-Fe两种形式保留下来，并且主要分布于氮化硅粉体颗粒的内部，并用热力学进行了分析。     

影响氮化硅浆料流变特性的因素

通过对影响氮化硅浆料流变性因素的研究发现：不同的氮化硅粉体具有不同的等电点（ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｉｎｇ,简称ＩＥＰ）。分散剂的引入明显改善浆料的流动性。对于粉体Ａ,当分散剂用量达１．２ｗｔ％时浆料具有最佳的流动性。颗粒尺寸及其形貌对浆料的流动性均有较大的影响：颗粒尺寸越大,颗粒形貌越不规则,浆料的流动性就越差。     

Si3N4／Si3N4陶瓷连接的研究进展

连接技术是Ｓｉ３Ｎ４陶瓷实用过程中必须解决的难题之一。本文综述了Ｓｉ３Ｎ４／Ｓｉ３Ｎ４陶瓷连接的研究现状以及不同连接工艺对连接强度的影响。     

焊料中氮化硅含量对氮化硅陶瓷连接强度的影响

采用含有Ｙ２Ｏ３,Ａｌ２Ｏ３,ＳｉＯ２和Ｓｉ３ｎ４的焊料在１６００℃,３０ｍｉｎ,５ＭＰａ压力的条件下对无压烧结氮化硅陶瓷进行连接实验,研究焊料烨硅的摩尔分数对连接强度的影响。结果表明,随着氮化硅摩尔分数的增加,连接强度也得以提高,这主要是因为氮化硅的加入降低了焊料的热膨胀系数以及加速了结合层内焊料的氮化过程,但是,氮化硅摩尔分数进一步增加,导致焊料的粘度增加,影响了焊料在陶瓷表面的润湿和辅展,使     

可加工氮化硅/氮化硼复相陶瓷的制备

以硅(Si)粉、六方氮化硼(h-BN)为原料,在氮气(N2)中用燃烧合成(combustion synthesis,CS)气固反应法,原位生成可加工氮化硅/氮化硼(Si3N4/h-BN)复相陶瓷.考察了h-BN不同体积分数(下同)对Si3N4/h-BN复相陶瓷可加工性的影响.结果表明:在实验条件下,Si粉氮化完全,不存在残余的游离Si.Si3N4/h-BN复相陶瓷中以柱状β-Si3N4为主相,β-Si3N4晶粒之间为针状h-BN相.随着h-BN相含量的增加,Si3N4/h-BN复相陶瓷的可加工性提高,抗弯强度先减小后增加.h-BN含量为25%时,Si3N4/h-BN复相陶瓷的抗弯强度最低.     

Si3N4陶瓷刀具在切削淬硬钢时的磨损行为

采用两种Ｓｉ２Ｎ４刀具在普通车床上对ＣｒＷＭｎ和４５钢进行切削试验，并用ＳＥＭ，ＥＤＡＸ，ＸＰＳ等方法对刀具的磨损进行分析。结果指出：试验的陶瓷刀具材料在切削不同淬硬钢时均存在最佳切削速度。在ＦＤ０１相比，ＦＤ０２陶瓷刀具有更佳的切削性能，最佳切削速度可提高７８％。在最佳速度以下切削，刀具侧面将发生粘着磨损；在最佳速度以上，则被加工材料产生微区熔化，导致材料大面积转移，发生剥层磨损，最佳速度以下切     

硅粉在高压氮气中自蔓延燃烧合成氮化硅

本文对硅粉在高压氮气中的自蔓延燃烧合成(SHS)氮化硅粉末的行为进行了详细研究。结果表明:(1)在遥当条件下,硅粉在SHS过程中可以完全氮化,生成氮化硅,产物含氮量高,含氧量低,但为β相;(2)在硅粉SHS反应中,必须加入适量的Si_3N_4晶种;(3)硅的SHS燃烧波传播速度随氮气压力升高、反应物填装密度减小而增大,但与反应物组成和样品直径无关;(4)燃烧波温度随氮气压力升高、样品直径增大而升高,与反应物组成和填装密度无关。此外本文对产物形貌与上述各实验因素的关系也进行了研究。