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Y-PSZ陶瓷流延浆料分散性和流变性研究
摘要:用三种不同的分散剂结合不同的溶剂系统来试图找出合适的溶剂分散剂组合,从而使PSZ陶瓷得到最佳分散。基于沉降、粘度和流变特性参数,非共沸乙醇:二甲苯按50:%的磷酸酯被认为是最好的溶剂和分散剂的组合。优化流延浆料是用PEG600和BBP作为增塑剂,用PVB 作为粘结剂。环己酮被用作均质。用58%的固含量组成的优化浆料呈现出剪切变稀假塑性流变行为。为了避免明显的缺陷用湿密度为55%的流延浆料制厚度约50um厚度的Y-PSZ陶瓷。
关键词:流延成型,分散性,沉降,流变特性。

众所周知,二氧化锆为球形的先进陶瓷材料。是因为这种材料在先进陶瓷产品中大多数情况下呈现出不同的特性。这源于不同的合金成分和热处理后,人们所关注的各种性能表现优异。更多的是致力于氧化锆基Y2O3–ZrO2陶瓷系统的发展。Y2O3部分稳定氧化锆,Y-PSZ包含立方©和四方(t)或单斜(m)混合,并作为热障涂层使用,因为其
低的热导率,或者他们作为固体电解质时有良好的离子导电率。氧化锆基材料开发应用在集成软件或薄板电子器件中,尤其是固体氧化物燃料电池,氧传感器及结构复合材料(如:Al2O3/ZrO2),需要Y-PSZ条状形式。湿的50-150微米厚的陶瓷条是实现设备的第一步。
流延成型工艺是一种用较低成本制造可控厚度和高品质的大型薄板陶瓷片的过程。不同材料流延成型需要不同的流延浆料,包括溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂和匀化剂,才能生产出高品质的产品。优化配方,为了更好的理解陶瓷粉末间的作用机理,在生产中更多地理解有机添加剂和溶剂之间的相互影响。非水基和水基是流延成型的两种方法。有机溶剂在流延工艺中被广泛的应用,因为质量优良,并且有机溶剂可快速蒸发。
流延浆料的最重要的特点是:(1)均匀稳定的系统且分散性好,(2)较低的粘度,(3)有剪切稀疏性,(4)固含量高。分散性,松团作用和粉末在溶剂中的分散程度对体系微观结构产生深远的影响。通过粉末的机械搅拌破坏其凝聚。在溶液中通常由分散剂的用量去实现陶瓷粉末的最佳分散效果。因为分散剂必须包覆每个在微粒的表面。斥力相互作用由两个不同的一般介质或两者兼而有之来提供的。其一是静电斥力,由于双电层的作用结果,在每个颗粒周围分散的粉末都将成为极性液体,这将产生一个排斥力,它会随着颗粒间距离的增加而减小。其二是稳定聚合物,它的稳定是由吸附在颗粒表面的长链聚合物所产生的。悬浮液的分散性和稳定性是当斥力很高到足以支配引人注目的范德华力时实现的。
沉降技术,是广范接受的能确立粒子分散程度和包装的方法,给人的视觉表现是反絮凝和分散。分散的效率是由较低沉降率和较高堆积密度来评价的。
在分散阶段,就流变特性方面而言,系统最小粘度和近似牛顿流体的流变行为被认为是最佳分散条件。流延浆料的一个重要指标是它的流变特性,即流变行为。最佳的流延浆料应呈现出假塑性流变特征。
目前的工作旨在不同的溶剂和分散剂组合下Y-PSZ达到最佳分散条件。基于优化分散条件,流延浆料剪切变稀特性得以实现。用58%固含量的优化流延浆料,用密度为55%的浆料制得厚度约50um的流延片可避免明显缺陷。
2. 实验
原料
应用于当前研究的氧化锆粉末是钇稳定的氧化锆(协会提供)。平