论文部分内容阅读
本文探讨内胶凝工艺和凝胶注模工艺制备单分散毫米级氧化锆陶瓷球,所制备的ZrO2陶瓷球尺寸均一,球形好。工艺一为内胶凝工艺,以氧氯化锆为原料,六次甲基四胺和尿素为固化剂,采用Y2O3、MgO为稳定剂制备了不同组分的ZrO2陶瓷球;工艺二为凝胶注模工艺,以Y2O3稳定的氧化锆前驱体为原料,丙烯酰胺作为有机单体,N, N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸铵水溶液为引发剂,聚丙烯酸胺(PAA-NH4)为分散剂,制备Y2O3稳定的ZrO2陶瓷球。通过实验确定了各工艺的最佳工艺参数,利用FT-IR、TG-DTA、TEM、SEM、XRD、BET等分析手段对所制备的小球样品进行表征。结果表明:工艺一内胶凝工艺中,氧氯化锆的浓度为1.6mol/L,六次甲基四胺和尿素的浓度与金属离子的摩尔比值为0.68与0.57;成型温度控制在90oC;小球烧结后的直径可通过调节分散滴管口径的大小最终控制在600~1200μm之间。经1550oC烧结,ZrO2陶瓷球表面光滑、球形好、尺寸均一。其中Y2O3稳定的ZrO2陶瓷球表观密度为5.10g/cm3,机械强度达900~1100g/球,比表面积为0.55~0.80m2/g。通过添加不同的稳定剂Y2O3和MgO,小球具有TZP和PSZ材料的结构特征。工艺二凝胶注模工艺中,固相含量为29.5wt%,单体含量为20wt%,引发剂含量为0.4wt%~0.6wt%,pH控制在8~9之间,成型温度控制在80~85oC。其中选取1.2wt%~1.6wt% PAA-NH4作为分散剂,能起到很好的稳定分散作用。所制备的凝胶球强度高,小球烧结后的直径可控制在800~2000μm之间。经1550oC烧结,尺寸均一,球形好。Y2O3稳定的ZrO2陶瓷球的表观密度为4.22g/cm3,机械强度为380~500g/球,比表面积为0.83~1.50m2/g。对烧结体微观结构分析表明,颗粒尺寸均一,孔结构均匀分布,有良好的微观结构。探讨了两种成型工艺制备ZrO2陶瓷球的反应机理,并对两种工艺成型陶瓷球进行对比。其中内胶凝工艺适于制备直径尺寸在600~1200μm的陶瓷球,所制备的陶瓷球表面光滑,强度较高。但是受成型工艺条件所限,对起始原料具有一定选择性。凝胶注模工艺适于制备直径尺寸在800~2000μm的陶瓷球,球表面略粗糙,强度较低。该工艺最大的优势是所制备的凝胶球强度很高,干燥过程不易开裂,对原料无特殊要求。