利用分散剂失效原位凝固注模成型制备陶瓷材料及性能研究

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陶瓷成型工艺是获得高性能、高可靠性陶瓷及其复合材料的关键工序之一。陶瓷分散剂失效原位凝固注模成型工艺是通过分散剂的可控失效来实现陶瓷悬浮体原位固化的一种新型成型方式。针对氮化铝粉体易水解的特性及碳纳米管在氧化铝悬浮体分难以分散等问题,本论文基于分散剂的分散稳定机制,选取相应的分散剂,制备了高固相含量、低粘度的非水基氮化铝陶瓷悬浮体和碳纳米管-氧化铝混合陶瓷悬浮体;利用陶瓷分散剂失效工艺原理,实现了非水基氮化铝悬浮体和碳纳米管-氧化铝混合悬浮体的原位凝固;并结合烧结工艺获得了性能良好的氮化铝陶瓷和碳纳米管-氧化铝复合陶瓷材料。主要研究内容及所得结论如下:(1)依据分散剂的分散稳定机制,采用油酸作为分散剂,正辛烷作为溶剂,实现了氮化铝粉体在有机溶剂中的稳定分散;研究了分散剂添加量以及固相含量对悬浮体流变性能的影响,通过控制油酸的用量和悬浮体固相含量,制备了分散性良好的半空位稳定非水基氮化铝悬浮体。(2)采用低温诱导分散剂失效原位凝固注模成型工艺,低温下油酸从溶剂中析出,实现了半空间位阻稳定氮化铝悬浮体的原位凝固。研究了温度和固相含量对氮化铝悬浮体凝胶行为以及氮化铝陶瓷坯体与烧结体性能的影响。(3)采用聚异丁烯和马来酸酐共聚物Isobam作为分散剂,制备分散性良好的碳纳米管悬浮液和氧化铝陶瓷悬浮体,通过对Isobam的用量控制以及pH的调节制备了静电空间位阻稳定的碳纳米管-氧化铝混合悬浮体,研究了分散剂添加量、pH值对碳纳米管悬浮液以及氧化铝悬浮体分散性能的影响。(4)利用Isobam自凝胶的特性,高温下Isobam在悬浮体中发生交联或搭桥,实现了碳纳米管-氧化铝混合悬浮体的原位凝固;研究了温度和碳纳米管添加量对混合悬浮体流变性能、复合陶瓷坯体以及烧结体性能的影响。通过聚电解质分散剂Isobam交联失效可以制备碳纳米管-氧化铝复合陶瓷,使碳纳米管在氧化铝基体中均匀分布,有效的提升了氧化铝陶瓷材料的力学性能。
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