材料合成论文范文

材料合成论文范文材料合成论文范文 材料合成与制备摘要本课题通过加入添加剂来降低氧化铝陶瓷的烧 成温度和改善氧化铝陶瓷的性能 从而达到我们要求的工业生产的 价值和目的 由于添加剂能和基体生成液相或固溶体 加强扩散 在较低的温度下 就能使材料实现致密化烧结 从而节约能源 降低排放量 而且添加剂的加入改变了陶瓷的结构 通过调节添加剂的加入量和 烧成温度达到我们要求的材料所具备的性能 关键字球磨混料等静压成型烧成制度致密性测试磨损率的测试分析 和讨论随着科技的发展 对工程材料的性能也提出了新的要求 氧化铝陶瓷由于性能优异而得到广泛应用 然而由于烧结温度高 需要消耗大量的能源 对热工设备的要求也 高 因而在一定程度上限制了它的使用范围 从节约能源 降低排放量 保护环境的角度出发 开发新型烧结助 剂已成为氧化铝陶瓷低温烧结的重点研究方向 受到材料科学工作 者的广泛关注 改善氧化铝陶瓷的烧结性能和显微结构的常用方法之一是引入添加 剂 通过与基体生成液相或固溶体 加强扩散 在较低的温度下 就能 使材料实现致密化烧结 材料的显微结构和性能之间还具有内在联系 如果把显微结构控制在 理想的状态 就能使材料具备所希望的性能 如某些添加剂与Al2O3在 晶界形成固溶体薄层 起到钉扎作用 阻碍晶界的移动而细化晶粒 有 利于材料性能的改善 按照其烧结助剂组元的不同 将其分为单相体系 二元体系 三元 体系 四元体系 五元体系 复合矿化剂 本课题主要研究单相体系对氧化铝陶瓷烧结性能的影响 影响氧化铝陶瓷烧结性能的因素主要有烧成制度的影响 烧成气氛 的影响 除此之外 成型方法和添加剂的添加对陶瓷烧结也具有一 定的影响 添加剂的添加主要是由于纯的氧化铝陶瓷很难烧结 所以需要不同 的添加剂 从而可以降低温度 促进烧结 由于添加剂其晶格常数与氧化铝接近 通常能与氧化铝形成固溶体 由于变价作用 使氧化铝瓷产生缺陷 活化晶格 促进烧结 加0 5 1 的TiO2就可以使氧化铝瓷的烧结温度降低100 200 大大节约了能源 添加剂与氧化铝形成的固溶体通常具有下面的特性a 凡是能与氧化 铝形成有限固溶体的 比形成连续固溶体的作用大 这可能是由于 形成有限固溶体的离子半径与铝离子半径相差较大 这样使晶格更 易变形 从而促进烧结 b 可变电价添加剂比不能变价的添加剂的作用大 c 阳离子电价高的添加进作用大 实验部分主要原料和设备主要原料Al2O3粉 CaCO 3 MgCO 3 高岭土 添加剂 主要设备JP A架盘天平 Y90L 6混料球磨机 ZKG4080电热真空干燥箱 FN101 2鼓风电阻恒温干燥器 SSX 12 16电阻炉 KSY D 18程控箱式电炉 FA JA电子分析天平 AL204梅特勒拖利多电子分 析天平 日本SX 40扫描电镜 德国公司D8 ADVANCE X射线衍射仪 LDJ100B20 550冷等静压机 配料表1氧化铝陶瓷球的化学成分成分Al2O3粉CaCO3MgCO3高岭土添 加剂含量 表2氧化铝陶瓷球的化学成分成分Al2O3粉CaCO3MgCO3高岭 土添加剂含量 配好的料用研磨介质 加入适量的水 在球磨罐中进 行混料 经过42h球磨混合均匀 取出烘干磨细待用 在球磨过程中 晶粒逐步细化 比表面积增加 粉末活性大大提高 这种作用随着球磨时间的增加而加剧 一般认为这是由于在球磨过程中 球磨的高能量使得粉末颗粒之间 颗粒与球磨介质之间 颗粒与罐壁之间的不断碰撞 冷焊以及晶 格的扭曲变形所致 在球磨中 混合粉末在球和罐的反复冲击和摩擦作用下 颗粒尺寸 越来越小 球磨产生的机械力使得晶体相中的各种晶体缺陷 如空位 位错 晶界等的密度持续增大 烧结温度降低 坯料成型氧化铝陶瓷的成型技术与方法对于制备性能优良的产品有 非常重要的意义 氧化铝陶瓷常用的成型方法有注浆成型 可塑成 型 干压成型和等静压成型四种 我们实验用的是等静压成型方法 等静压成型又称静水压成型 具有施力均匀 模具制作方便 不用 粘结剂等优点 制备的坯体致密性好 烧成收缩小 适用于成型多 品种 形状复杂 产量小的制品 所以实验室通常采用这种方法成型 把混好的粉料置于一橡胶模具 内成型 然后在冷等静压机内进行等静压成型 成型压强分别采用4 0MPa 80MPa 120MPa进行实验 保压20s 经冷等静压成型后 可以获得致密性较好的生坯 同时也降低了坯 体的烧成温度 等静压成型的压强除了使坯体具有一定的形状和强度外 也给烧结 创造了颗粒间紧密接触的条件 使其烧结时的扩散阻力减小 从而 有利烧结 随着成型压强的增大 生坯中颗粒的接触界面也增大 在烧结时质 点迁移距离较短 这就造成他们烧结时扩散阻力较小 最终导致坯 体的烧结温度降低 烧结烧结是陶瓷制备的最后一道工序 是材料获得预期的显微结构 赋予材料各种性能的关键工序 在烧结过程中 主要发生晶粒和气孔尺寸及其形状的变化 如果烧成工艺不同 瓷体在显微结构方面也会发生明显的差别 从 而在性能上表现出显著的差异 因此 很有必要研究陶瓷显微结构 和性能的关系 制定出合理的烧成制度 为了确定合适的烧成温度 把氧化铝瓷球球坯分别在硅钼炉中于不 同的温度下烧结 保温2小时30分钟 由磨损率确定出最佳的烧成温 度 致密性测试 1 体积密度的测试根据阿基米德原理 采用排水法测试不同温度 下烧成的氧化铝瓷球的体积密度 体积密度的计算公式为水瓷 310MMM式中 瓷瓷球的体积密 度 g cm3 M0干试样质量 g M1吸水饱和试样在空气中的质量 g M3吸水饱和试样在液体中的质量 g 水水在室温下的密度 g cm3 2 吸水率的测试吸水率是表征制品开口气孔率的参数 吸水率的计算公式为 100001 MMMA式中A瓷球的吸水率 M0瓷 球的净质量 g M1瓷球在水中浸泡10min后的质量 g 磨损率的测 试采用滚动方法测试瓷球的磨损率 将制备瓷球放入刚玉罐中或与 从工厂取到的国内目前正在使用的对比样瓷球一起放入球磨罐中 加入适量的水 与普通刚玉瓷球在球磨罐中球磨一定时间T h 取 出 烘干 分别称量瓷球磨损前M0 g 和磨损后M2 g 的质量 按下式 2 2 计算瓷球的磨损率W 100020 TM