基于Isobam体系多孔陶瓷的可控制备及性能研究

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本文以Al2O3为原料,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为造孔剂,异丁烯/马来酸酐共聚物(Isobam104)为胶凝剂和分散剂结合凝胶注模法和添加造孔剂法成功制备出坯体均匀、孔径均一、强度良好的多孔Al2O3陶瓷。由于在多孔陶瓷的干燥和烧结过程中会产生从生坯到烧结体的收缩,这是影响多孔陶瓷的微观结构和性能的关键问题之一。通过在烧结过程中造孔剂燃烧产生的气体和低密度产物的形成引起的体积膨胀,可以有效地补偿收缩并可以实现对样品收缩率的控制和近净尺寸多孔陶瓷的制备。因此,在多孔Al2O3陶瓷的制备基础上,我们通过添加CaCO3制备了收缩率可控的近净尺寸氧化铝-铝酸钙多孔陶瓷。在制备多孔Al2O3陶瓷过程中我们研究了分散胶凝剂、稳定剂含量对浆料流变性能的影响,并且探究了PMMA添加量、不同烧结温度对多孔Al2O3陶瓷气孔率和抗压强度的影响。结果表明,采用这种方法制备的多孔Al2O3陶瓷具有非常均匀的多孔结构,平均孔径为4μm左右;当造孔剂含量从10wt%增至50wt%时,多孔Al2O3陶瓷的气孔率从45.53%上升至64.98%,抗压强度从31.74MPa降至9.83MPa。当烧结温度从1500℃增至1650℃时,气孔率从60.31%下降至47.81%,抗压强度从9.00MPa升高至54.75MPa。在制备近净尺寸氧化铝-铝酸钙多孔陶瓷过程中研究了CaCO3和PMMA的添加量对氧化铝-铝酸钙多孔陶瓷的相组成、收缩率、气孔率和抗压强度的影响。结果表明,随着CaCO3添加量从0wt%增加到20wt%,样品的收缩率从7.28%逐渐减小到-1.41%,气孔率从58.04%增加到66.07%,抗压强度从5.93MPa增加到15.53MPa。当PMMA含量从10wt%增加到50wt%时,样品的收缩率先减小后增加,气孔率从50.87%增加到73.94%,抗压强度从12.50MPa减小到5.25MPa。在制备氧化铝-铝酸钙多孔陶瓷过程中出现的收缩率可控的机理可归因于以下几个方面:一方面是烧结过程中PMMA燃烧释放的气体和CaCO3的分解释放出气体产生一定向外的推动力;另一方面,由于形成较低密度的铝酸钙(Ca O和Al2O3的反应产物)而导致的体积膨胀。近净尺寸制备技术对于多孔陶瓷的制造具有重要意义,可有效降低后续的加工成本。
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