氧化锆陶瓷注射成形工艺研究

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陶瓷注射成形技术(CIM)是一项很有前途的陶瓷成形技术。本文探讨了如何运用注射成形技术制备性能良好的氧化钇部分稳定氧化锆陶瓷制品。 注射成形氧化锆采用油-石蜡基粘结剂体系,粉末装载量为50vol%。实验所用的粘结剂体系能够满足氧化锆粉末(平均粒度为0.8μm)对CIM粘结剂的要求。粘结剂对陶瓷粉末的润湿性能好,且喂料的流变性能良好。粘结剂可以采用分步脱脂法脱除。 对于样品的注射成形来说,注射熔体的温度和注射压力为喂料注射过程的关键工艺参数。实验中喂料的最佳注射参数为:注射温度155±5℃,注射压力为系统总压力的60~70%,其它参数为:模温55±5℃,保压压力为系统总压力的55%左右。 注射坯的溶剂脱脂在恒温水浴装置中进行。粉末的形状和粒度、溶剂种类、生坯的几何形状和脱脂温度均对溶剂脱脂效果有明显的影响。通过对粘结剂和喂料的热分解行为的探讨,试图得到理想的脱脂工艺条件和曲线,使粘结剂完全脱除且脱脂坯无缺陷和变形。经过反复摸索,分别得到各个样品的最佳脱脂工艺曲线。 经过反复实验,得到了较理想的、无烧结缺陷的烧结工艺。生坯的烧结在硅钼棒高温电炉中进行,采用空气气氛。实验确定了烧结的温度-时间曲线,烧结后样品达到致密化,且无晶粒过大。 目前限制CIM技术发展的主要因素是对产品缺陷的控制,而样品的缺陷在每个工艺阶段都有可能出现。本文探讨了样品在注射成形的注射、脱脂和烧结各个阶段可能产生的缺陷及其形成机理。注射阶段产生的最主要缺陷为孔洞和裂纹,须通过对注射压力和温度的调节来消除这些缺陷的产生。脱脂和烧结阶段缺陷的形成机理更为复杂,且很难区分。然而,通过观察可发现,脱脂和烧结阶段出现的缺陷很多是在注射阶段形成的。 烧结后制品的力学性能和其他性能优于目前市场同类氧化锆材料的性能。样品形状和尺寸对制品性能影响较大。与传统P/M法生产的陶瓷制品相比,陶瓷中南大学硕士学位论文摘要品形状和尺寸对制品性能影响较大。与传统P胭法生产的陶瓷制品相比,陶瓷注射成形技术的优势体现在小体积、形状复杂制品的生产制备方面,对于大型制品的制备研究探索还需进一步加强。最后,本文讨论了样品中的缺陷对强度的影响,通过计算得出含裂纹材料的强度曲线图,并与实验结果进行了比较验证。
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