凝胶注模成形氧化锆陶瓷性能研究＊

李素清

（美标（天津）陶瓷有限公司 天津 300457）

凝胶注模成形氧化锆陶瓷性能研究＊

李素清

（美标（天津）陶瓷有限公司 天津 300457）

笔者以氧化锆陶瓷浆料，采用凝胶注模法制备氧化锆坯体，并对其坯体和烧结体进行性能分析。

氧化锆 凝胶注模成形 坯体 烧结体

前言

凝胶注模成形法（Gel－Casting）是一种与传统陶瓷工艺不同的新型成形方法。该工艺与传统的湿法成形工艺相比（见表1），因其设备简单，易成形形状复杂的零件，成形的坯体组分和密度均匀、缺陷少、强度高、有机物含量较少（2%～4%）而受到广泛重视。

表1 凝胶注模成形与几种传统成形工艺的比较

1 制备过程

1.1 实验原料

实验所用原料如表2所示。

表2 实验所用原料

1.2 实验设备

实验所用设备如表3所示。

表3 实验所用设备

1.3 凝胶注模制备氧化锆陶瓷流程图（见图1）

2 测试与分析

2.1 收缩率的测定

由于试样制备是在烧杯中进行，所以用游标卡尺测量烧杯内径作为试样的凝胶后尺寸D1，等试样坯体完全干燥后，再测量其直径D2，计算其干燥收缩率（D1－D2）/D2，坯体经高温烧成后测量其直径D3，并计算其烧成收缩率（D2－ D3）/D3。

2.2 烧结体气孔率、体积密度的测定

式中：P——烧结体的气孔率，%；

ρ——烧结体的密度，g/cm3；

M1——干燥制品的质量，g；

M2——饱和水的制品在水中的表观质量，g；

M3——饱和水的制品在空气中的质量，g；

ρ1——试验温度下，浸渍液体的密度，g/cm3。

3 生坯与烧结体的性能

3.1 生坯的表征与性能分析

在制备的氧化锆陶瓷浆料中，单体含量为粉体质量的3.0%，分散剂的含量为浆料质量的0.3%，固相含量为50%，pH值为10.5，引发剂体积含量为0.5%，催化剂体积含量为0.5%。图2是将料浆注入到不同形状的模具，在恒温水浴锅中60℃凝胶，在60℃的烘箱中干燥，得到各种形状、表面光滑的坯体的形貌图。

由于制备的浆料比较均匀，所以用此浆料制得的坯体不会产生较大的气孔，这给制品性能的稳定性和均匀性提供了良好的保证；另一方面，因为所用浆料流动性较好，所以只要有合适的模具，很容易就能制得形状复杂的坯体，可满足现实生产多样化的需要。

3.2 收缩率的测定

从图3的测试结果可以看出，随着固含量的不断增加，坯体的干燥收缩率和烧结体的烧成收缩率逐渐减小，当浆料的固含量体积分数为50%时，坯体的干燥收缩为1.3%，烧结体的收缩率为4.7%。降低成形坯体的线性收缩是实现凝胶注模净尺寸成形的关键，固含量是影响坯体干燥收缩的主要因素。在满足工艺要求和制品性能的前提下，制品的收缩率越小越好，这样可以减小收缩给制品尺寸带来的不良影响。

3.3 气孔率和体积密度的测定

从表4的测试结果可以看出，随着烧成体固含量的不断增加，气孔率随着固含量的增大而逐渐减小。在本实验中烧结体的体积密度在固含量为50%时在本实验中达到最佳。

表4 气孔率和体积密度

4 结论

凝胶注模成形工艺是一种新颖的胶态成形方法，笔者以氧化锆陶瓷浆料为研究对象，对陶瓷坯体和烧结体的性能进行了深入的研究，得出以下结论：坯体的干燥采用先在室温环境下缓慢干燥一定时间后，再在烘箱中恒温60℃干燥，可得到致密、平整、不开裂的陶瓷坯体。将坯体在1 550℃氧化气氛下进行烧结，保温1.5h，可以得到致密的氧化锆陶瓷烧结体。体积密度达到5.61g/cm3，气孔率为12.4%，收缩率为4.7%。

1 赵强，尹洪峰，等.陶瓷材料的凝胶注模成形技术.陕西科技大学学报，2006，24（3）：150～154

2 彭珍珍，蔡舒，等.陶瓷的凝胶注模成形及其研究现状.硅酸盐通报，2004，23（1）：67～71

3 卜景龙，刘开琪，等.凝胶注模成形制备高温结构陶瓷.北京：化学工业出版社，2008

4 刘旭俐，马峻峰，等.氧化锆陶瓷注凝成形研究.硅酸盐通报，2000（3）：32～35

5 易中周，谢志鹏.凝胶注模成形碳化硅陶瓷的烧结和性能.蒙自师范高等专科学校学报，2002，21（6）：87～88

TQ174.75

A

1002－2872（2011）06－0019－02

李素清（1977－），本科，助理工程师；主要从事陶瓷及氧化铝陶瓷浆体性能研究。E－mail：LI.Suqing@amstd.com