硅溶膠分散氧化鋁漿料的穩(wěn)定機(jī)理及免脫氣膠態(tài)原位凝固成型制備莫來石陶瓷研究.pdf

1、膠態(tài)原位凝固成型技術(shù)是目前高性能陶瓷研究的熱點(diǎn)之一，具有工藝簡(jiǎn)單，成本低，坯體缺陷少，燒結(jié)體可靠性好等特性，在Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、PZT等精密陶瓷部件近凈尺寸成型制備中已得到廣泛的研究與應(yīng)用。莫來石具有荷重軟化點(diǎn)高、抗蠕變性能好、化學(xué)和熱穩(wěn)定性良好、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)低等特性，是一種重要的高溫結(jié)構(gòu)材料，但關(guān)于膠態(tài)原位凝固成型制備高性能莫來石結(jié)構(gòu)陶瓷的研究很少，關(guān)于免脫氣膠態(tài)原位凝固成型工藝尚未見研究報(bào)道。

2、本文全面論述了膠態(tài)原位凝固成型的研究與發(fā)展現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要回顧了莫來石陶瓷的合成、成型與燒結(jié)等的研究進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，選用硅溶膠和氧化鋁微粉作為原材料，采用膠態(tài)原位凝固成型工藝制備莫來石陶瓷，揭示了影響硅溶膠分散氧化鋁漿料的穩(wěn)定與失穩(wěn)機(jī)理，發(fā)展了兩種免脫氣膠態(tài)原位凝固成型技術(shù)制備莫來石陶瓷素坯；利用硅溶膠凝膠化在氧化鋁顆粒表面形成納米包覆微復(fù)合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了莫來石陶瓷的瞬態(tài)粘滯燒結(jié)；利用強(qiáng)酸性漿料凝固成型后形成的鋁硅凝膠，在低溫下原位合成莫來石

3、晶種，促進(jìn)了坯體的莫來石化和致密化燒結(jié)，這對(duì)于充分利用無機(jī)溶膠制備新型復(fù)合陶瓷以及低成本制備高純、高性能莫來石基陶瓷具有重要的理論價(jià)值和指導(dǎo)意義。主要研究成果如下： 1、揭示了硅溶膠分散氧化鋁漿料的穩(wěn)定與失穩(wěn)機(jī)理。結(jié)果表明，與在水中分散相比，在pH=9.5左右，硅溶膠對(duì)氧化鋁顆粒具有很好的分散和穩(wěn)定效果，其穩(wěn)定機(jī)理屬于未吸附硅溶膠膠體粒子對(duì)氧化鋁顆粒產(chǎn)生的空缺穩(wěn)定效應(yīng)。隨pH值減小，漿料穩(wěn)定性逐步下降，在pH=4.0～5.5范圍

4、內(nèi)穩(wěn)定性最差，其失穩(wěn)機(jī)理屬于漿料pH值調(diào)整時(shí)形成鋁離子引起的溶膠—凝膠效應(yīng)。隨pH值進(jìn)一步下降，漿料穩(wěn)定性又逐步改善，在pH=2.0左右穩(wěn)定性最好，其穩(wěn)定機(jī)理屬于高電解質(zhì)濃度引起的水化斥力穩(wěn)定效應(yīng)。 2、基于氣泡的穩(wěn)定性理論，發(fā)展了一種免脫氣凝膠注模成型技術(shù)制備莫來石陶瓷。利用硅溶膠對(duì)氧化鋁顆粒的空缺穩(wěn)定作用，在pH=9.5左右制備了固相(氧化鋁和二氧化硅)體積分?jǐn)?shù)達(dá)50％，表觀粘度小于1.0Pa·s的符合莫來石計(jì)量組成的漿料；

5、通過調(diào)節(jié)NH4Cl濃度促進(jìn)漿料凝膠化，實(shí)現(xiàn)了漿料的凝膠注模成型。漿料中未引入任何表面活性物質(zhì)，無需對(duì)漿料進(jìn)行脫氣處理即可制備得到顯微結(jié)構(gòu)致密、均Ⅰ勻的素坯，干燥收縮約4.2％，相對(duì)密度57.6％，抗折強(qiáng)度4.83MPa。硅溶膠凝膠化在氧化鋁顆粒表面形成納米包覆微復(fù)合結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)莫來石陶瓷的瞬態(tài)粘滯燒結(jié)，坯體開始莫來石化和完全莫來石化溫度分別為1400℃和1600℃，坯體致密化進(jìn)程主要在完全莫來石化前，1650℃保溫2h，燒結(jié)體相對(duì)密度為

6、95.0％。 3、利用漿料pH值調(diào)整時(shí)形成鋁離子引起的溶膠—凝膠失穩(wěn)機(jī)理，發(fā)展了一種莫來石陶瓷制備新工藝。在pH=2.0左右制備了固相體積分?jǐn)?shù)達(dá)55％，表觀粘度小于1.0Pa·s的符合莫來石計(jì)量組成的漿料，利用尿素的自水解反應(yīng)調(diào)節(jié)pH值從2.0左右位移至5.0左右，促進(jìn)漿料凝膠化，一方面實(shí)現(xiàn)了漿料的水解反應(yīng)誘導(dǎo)原位凝固成型和納米包覆微復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成，另一方面，利用坯體中形成的少量鋁硅凝膠，在1100～1250℃原位合成莫來石晶種