文档介绍：塑
料
成
型
工
艺
与
模
具
设
计
论
文
姓名:高海建
指导老师:徐建伟
专业:材料成型及控制工程
学号:080118021
日期:2011年5月5日
有机添加剂对多孔氮化硅陶瓷挤出成型工艺的影响
摘要
通过添加不同的有机添加剂,采用挤出成型工艺,制备出性能优良的多孔氮化硅陶瓷。研究有机添加剂对多孔氮化硅陶瓷挤出成型工艺的影响,比较分析挤出后生坯及烧成品的各项性能,得到优化、适合工厂大规模生产的挤出泥料配方。实验表明:采用皂化蓖麻油为润滑剂,浓度15%且相对分子质量1 000的聚乙二醇(PEG)为增塑剂,浓度4%的***纤维素(MC)及羟丙基***纤维素(HPMC)为粘结剂,泥料固相含量在70% ~75%时配成的泥料最适宜于挤出成型,~;与***纤维素(MC)相比,保湿性强的羟丙基***纤维素(HPMC)更适用于工厂大规模生产
关键词:无机非金属材料;多孔氮化硅陶瓷;挤出成型;影响;有机添加剂
氮化硅陶瓷具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗热震、电绝缘等一系列的优良性能,而且还具有良好的热稳定性、低介电损耗、高耐冲蚀性能,引起国内外众多学者的关注和研究[1]。多孔氮化硅陶瓷的电学、热学和机械性能十分优良,在氧化气氛中可以使用到1 400 ℃,在中性或者还原气氛中可以使用到1 850 ℃[2]。它既突出了一般陶瓷材料的坚硬、耐热、耐磨、耐腐蚀的优点,又具备抗热震、耐高温蠕变、自润滑、化学稳定等特性,与氧化铝陶瓷、堇青石陶瓷、石英玻璃等同类材料相比,多孔氮化硅陶瓷具有明显的优点[3]。作为一种性能优良、前景广阔的新型多孔材料,可广泛应用于化工、环保、生物等行业作为过滤、分离、吸音、敏感及生物陶瓷等材料[4]。
目前制备多孔氮化硅的成型方法主要有模压成型、冷等静压成型、注射成型、流延成型及凝胶注模成型等[5-10],但这些方法工业生产效率低,而且不适用于制备复杂形状的部件,因此注浆成型及挤出成型越来越引起众多的关注及研究
[11-12]。挤出成型工艺由于其速度快、效率高、可连续生产,尤其适于生产形状复杂部件等优点成为工业生产的主要工艺[13]。泥料所具有的良好的可塑性、延展性和保水性是多孔陶瓷坯体挤出成型的关键。物料的塑性是挤压成型工艺中的重要指标,而物料中的液体粘结剂含量则是控制泥料塑性的主要手段[14-15]。物料挤压的顺利实现取决于物料的流变特性以及挤压力的大小,因此研究有机添加剂对挤出成型工艺制备多孔氮化硅陶瓷有重要意义。本文通过添加不同的有机添加剂,采用挤出成型工艺,制备出性能优良的多孔氮化硅陶瓷。实验研究了有机添加剂对多孔氮化硅陶瓷挤出成型工艺的影响,比较分析挤出后生坯和烧成品的各项性能,得到优化的挤出泥料配方。
1 实验
样品制备
采用α-Si3N4(纯度>99%,α-Si3N4质量分数>95%,平均粒度 1 μm)为原料,Lu2O3 (%,粒度<1μm=为烧结助剂。相对分子质量为1 000和10 000的聚乙二醇(PEG)为增塑剂;羧***纤维素(CMC)、羟丙基***纤维素(HPMC)及***纤维素(MC)为粘结剂;蓖
麻油为润滑剂。
制备工艺如图1所示。将w = 95% α-Si3N4粉与5%Lu2O3按一定的配比配料,加入有机添加剂及去离子水,经混料、陈腐、挤出成型制得条状生坯,生坯干燥排胶后在多功能高温炉(High multi-5000 日本Fijidempa公司) 中烧结,烧结温度为1 750 ℃,烧结时间为2 h, MPa.
图1 多孔氮化硅陶瓷制备流程
性能测试
采用Archimedes 法测试样品的气孔率,用3 点弯曲法测量抗弯强度。用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD, D/MAX-34) 分析物相。用扫描电镜(scanningelectron microscope, SEM, JSM-35C, JEOL, 日本)观察试样的显微结构。
2 结果与讨论
此次实验在模压机上模拟挤出,°,,用蓖麻油作润滑剂,同时也具有增粘作用。采用不同的粘结剂及增塑剂,考察氮化硅泥料的各项性能。实验结果表明,挤出泥料的固相含量适宜范围为70% ~ 75%.当固相含量过小时,泥料太湿,不利于成型,并且挤出过程中易产生泌水现象;反之,当固相含量过大时,泥料太干,粘结性变差,也不利于成型。实验发现80% MPa挤出压力下仍然挤不出来。同时,不同固相含量的泥料在挤出过程中所需要的挤出力也不同,当泥料的固相含量在70% ~ 75%, ~