凝膠注模成形氧化鋯陶瓷性能研究＊

李素清

（美標（天津）陶瓷有限公司 天津 300457）

凝膠注模成形氧化鋯陶瓷性能研究＊

李素清

（美標（天津）陶瓷有限公司 天津 300457）

筆者以氧化鋯陶瓷漿料，采用凝膠注模法制備氧化鋯坯體，并對其坯體和燒結體進行性能分析。

氧化鋯 凝膠注模成形 坯體 燒結體

前言

凝膠注模成形法（Gel－Casting）是一種與傳統(tǒng)陶瓷工藝不同的新型成形方法。該工藝與傳統(tǒng)的濕法成形工藝相比（見表1），因其設備簡單，易成形形狀復雜的零件，成形的坯體組分和密度均勻、缺陷少、強度高、有機物含量較少（2%～4%）而受到廣泛重視。

表1 凝膠注模成形與幾種傳統(tǒng)成形工藝的比較

1 制備過程

1.1 實驗原料

實驗所用原料如表2所示。

表2 實驗所用原料

1.2 實驗設備

實驗所用設備如表3所示。

表3 實驗所用設備

1.3 凝膠注模制備氧化鋯陶瓷流程圖（見圖1）

2 測試與分析

2.1 收縮率的測定

由于試樣制備是在燒杯中進行，所以用游標卡尺測量燒杯內徑作為試樣的凝膠后尺寸D1，等試樣坯體完全干燥后，再測量其直徑D2，計算其干燥收縮率（D1－D2）/D2，坯體經高溫燒成后測量其直徑D3，并計算其燒成收縮率（D2－ D3）/D3。

2.2 燒結體氣孔率、體積密度的測定

式中：P——燒結體的氣孔率，%；

ρ——燒結體的密度，g/cm3；

M1——干燥制品的質量，g；

M2——飽和水的制品在水中的表觀質量，g；

M3——飽和水的制品在空氣中的質量，g；

ρ1——試驗溫度下，浸漬液體的密度，g/cm3。

3 生坯與燒結體的性能

3.1 生坯的表征與性能分析

在制備的氧化鋯陶瓷漿料中，單體含量為粉體質量的3.0%，分散劑的含量為漿料質量的0.3%，固相含量為50%，pH值為10.5，引發(fā)劑體積含量為0.5%，催化劑體積含量為0.5%。圖2是將料漿注入到不同形狀的模具，在恒溫水浴鍋中60℃凝膠，在60℃的烘箱中干燥，得到各種形狀、表面光滑的坯體的形貌圖。

由于制備的漿料比較均勻，所以用此漿料制得的坯體不會產生較大的氣孔，這給制品性能的穩(wěn)定性和均勻性提供了良好的保證；另一方面，因為所用漿料流動性較好，所以只要有合適的模具，很容易就能制得形狀復雜的坯體，可滿足現實生產多樣化的需要。

3.2 收縮率的測定

從圖3的測試結果可以看出，隨著固含量的不斷增加，坯體的干燥收縮率和燒結體的燒成收縮率逐漸減小，當漿料的固含量體積分數為50%時，坯體的干燥收縮為1.3%，燒結體的收縮率為4.7%。降低成形坯體的線性收縮是實現凝膠注模凈尺寸成形的關鍵，固含量是影響坯體干燥收縮的主要因素。在滿足工藝要求和制品性能的前提下，制品的收縮率越小越好，這樣可以減小收縮給制品尺寸帶來的不良影響。

3.3 氣孔率和體積密度的測定

從表4的測試結果可以看出，隨著燒成體固含量的不斷增加，氣孔率隨著固含量的增大而逐漸減小。在本實驗中燒結體的體積密度在固含量為50%時在本實驗中達到最佳。

表4 氣孔率和體積密度

4 結論

凝膠注模成形工藝是一種新穎的膠態(tài)成形方法，筆者以氧化鋯陶瓷漿料為研究對象，對陶瓷坯體和燒結體的性能進行了深入的研究，得出以下結論：坯體的干燥采用先在室溫環(huán)境下緩慢干燥一定時間后，再在烘箱中恒溫60℃干燥，可得到致密、平整、不開裂的陶瓷坯體。將坯體在1 550℃氧化氣氛下進行燒結，保溫1.5h，可以得到致密的氧化鋯陶瓷燒結體。體積密度達到5.61g/cm3，氣孔率為12.4%，收縮率為4.7%。

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3 卜景龍，劉開琪，等.凝膠注模成形制備高溫結構陶瓷.北京：化學工業(yè)出版社，2008

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TQ174.75

A

1002－2872（2011）06－0019－02

李素清（1977－），本科，助理工程師；主要從事陶瓷及氧化鋁陶瓷漿體性能研究。E－mail：LI.Suqing@amstd.com