硅酸锆含量对硅基陶瓷型芯材料性能的影响研究

硅酸锆含量对硅基陶瓷型芯材料性能的影响研究硅酸锆含量对硅基陶瓷型芯材料性能的影响研究 第42卷第3期2019年06月山东陶瓷SHANDoNG CERAMICSV01 42No 3Jun 2019 科学实验 DOI码10 3969 issn 1005一0639 2019 03 003硅酸锆含量对硅基陶瓷型芯材料性能 的影响研究武振飞1 乔经纬1 庞佳敏1 陆丽芳2 1 江苏省陶瓷 研究所有限公司 宜兴21422l 2 江苏久吾高科技有限公司 南京 211808 摘要本文对添加不同硅酸锆含量的硅基陶瓷型芯的材料性能 进行了研究 研究结果表明随着硅酸锆含量的增多 陶瓷型芯的线 收缩率变大 体积密度和强度提高 孔隙率和热变相量降低 且硅 酸锆含量的变化对方石英的析晶效果影响不明显 关键词硅基陶瓷型芯 硅酸锆 抗弯强度 热变形量TQl74 75A日I J吾硅基陶瓷型芯是以非晶态石英玻璃为基体材料 含有部分方石英 相的陶瓷型芯 在成形喂料中通常加入一些矿化剂 以改善陶瓷型 芯的工艺性能和控制其材料性能等 最常用的矿化剂有氧化铝 氧化镁 稀土氧化物 纳米复合矿化剂 和硅酸锆等等 其中硅酸锆由于热膨胀系数小 耐温度急变性好且能改善型芯的强 度 脱芯性能等 是氧化硅基陶瓷型芯的重要矿化剂 矿化剂的种类 含量以及粒度分布等都会对陶瓷型芯的性能产生很 大影响 本实验以熔融石英为基体材料 研究硅酸锆含量的变化对陶瓷型芯 材料性能的影响规律 1实验材料和方法1 1实验材料本实验采用D50为15 06斗m熔融石英 为基体材料 以D50为1 5斗m的硅酸锆为矿化剂 化学组成如表1所 示 以石蜡等为粘结剂 在体积比一定的情况下分别加入10 20 25 30 的硅酸锆制备陶瓷型芯 工艺流程如图l所示 表1材料的化学组成 图1硅基陶瓷型芯的生产工艺流程表2陶瓷型 芯的性能测试测试内容测试标准线收缩率孔隙率和体积密度抗弯强 度热变相量HB5353 2 xxHB5353 1 xxHB5353 3 xxHB5353 4 xx1 2性能测试陶瓷型芯试样的物相分析采用x射线粉末衍射仪 以 CuKd辐射样品粉末测定 其他性能测试如表2所示 2实验结果与讨论2 1硅酸锆含量对线收缩率的影响在相同的烧结温 度下 随着硅酸锆添加量的增多 陶瓷型芯的线收缩率逐渐增大 如图2所示 产生这种现象的原因是硅酸锆对于陶瓷型芯的基体材料熔融石英具 有烧结助剂的作用 能够降低熔融石英的烧结温度 并且硅酸锆粒 度较细 比表面能大 烧结驱动力也大 促进熔融石英烧结的作用 也大 而陶瓷型芯的致密化是通过石英玻璃的粘性流2叭9一03 22作者简介武振飞 1993 09 助理工程师 主要从事无机非金属 材料的研究 13万方数据山东陶瓷第42卷图2不同硅酸锆含量的陶瓷型芯线收缩率 硅酸锆含量 图3不同硅酸锆含量的陶瓷型芯孔隙率与体积密度关 系动实现的 在高温烧结过程中 石英玻璃发生粘性流动 使得颗 粒与颗粒之间相互接触 产生收缩 所以随着硅酸锆含量的增多 陶瓷型芯的线收缩率增大 2 2硅酸锆含量对孔隙率与体积密度的影响图3为不同硅酸锆含量的 陶瓷型芯孔隙率与体积密度关系图 随着硅酸锆含量的增加 陶瓷 型芯的孔隙率降低 体积密度增大 在陶瓷型芯材料的颗粒堆积中 以大粒径的熔融石英颗粒为骨架 小粒径的硅酸锆颗粒填充在其形成的空隙中 随着硅酸锆含量的增加 细小颗粒的比例逐渐增多 对大颗粒的熔 融石英形成空隙的填充效果提高 使得材料的孔隙率下降 陶瓷 型芯变得更加致密 体积密度逐渐提高 2 3硅酸锆含量对方石英析出的影响陶瓷型芯在1200 烧结时 会 发生反玻璃化 有一些方石英晶体形成 在陶瓷型芯中含有一定数量的方石英可以使其在高温下有足够的强 度和抗变形能力 而方石英在冷却时会有2 8 的体积收缩 这 就使陶瓷型芯在降温过程中由于相变体积效应在内部产生内应力 降低陶瓷型芯的室温抗弯强度 4 图4为不同硅酸锆含量的陶瓷型芯样品在1200下的xRD衍射图 可以 看14图4不同硅酸锆含量的型芯样品xRD图5不同硅酸锆含量的陶瓷型 芯室温抗弯强度和热变形量出陶瓷型芯在1200 时已经有部分方石 英相的析出 但含量比较低 且随着硅酸锆含量的增多 方石英的 衍射峰强度基本相同 故硅酸锆含量的变化对方石英的析晶效果影响不明显 2 4硅酸锆含量对室温抗弯强度和热变形量的影响硅酸锆含量对陶 瓷型芯室温抗弯强度和热变形量的影响如图5所示 在烧结温度为1200 时 随硅酸锆含量的增加 陶瓷型芯的抗弯强 度逐渐增大 陶瓷型芯的烧结过程是一个强度逐渐建立和方石英析出的双层过程 在烧结过程中 熔融石英颗粒堆积形成骨架结构 细颗粒的硅酸 锆填充到其空隙中 颗粒与颗粒的结合更加致密 使得强度提高 而方石英的析出对陶瓷型芯的强度起破坏作用 由于方石英含量较 低 对强度的影响还远远低于烧结温度对强度的提高 所以随硅酸 锆含量的增加 陶瓷型芯的抗弯强度增大 在1550 保温30min 陶瓷型芯的热变形量随着硅酸锆含量的增加而 减小 陶瓷型芯的热变形主要是由于石英玻璃的粘性流动引起的 硅酸锆 万方数据第2期武振飞等硅酸锆含量对硅基陶瓷型芯材料性能的影响 研究的承温能力和高温稳定性较高 作为矿化剂加入到熔融石英中 能够有效地抑制高温下玻璃相的粘滞流动 起到高温稳定相的作用 由于晶体比玻璃体的蠕变小几个数量级 所以方石英的产生也可以 减小陶瓷型芯的高温蠕变 不同含量硅酸锆的陶瓷型芯方石英的析 出量较少且基本相同 所以陶瓷型芯的热变形量主要由硅酸锆的含 量决定 随着硅酸锆含量的增加 阻碍玻璃相粘滞流动的效果逐渐 增强 使得陶瓷型芯的热变形量下降 3结论3 1烧结温度相同时 陶瓷型芯的线收缩率随硅酸锆含量增多 而增大 3 2随硅酸锆含量的增加 陶瓷型芯的孔隙率降低 体积密度提高 3 3在1200 烧结过程中有部分方石英相析出 硅酸锆含量的变化 对方石英的析出影响效果不明显 3 4陶瓷型芯的室温抗弯强度随硅酸锆含量的增加而增大 热变形 量随硅酸锆含量的增加而减小 参考文献 1 田国立 硅基陶瓷型芯方石英含量与叶片浇注不漏芯率 的关注 J 材料工程 1995 7 33 35 2 李倩 马德文 蒋殷红 等 影响定向空心叶片陶瓷型芯材 料性能的一个重要因素一方石英含量的控制 J 材料工程 1994 5 181 3 徐常明 王士维 黄校先 等 方石英的析晶与无定形 化 J 无机材料学报 xx 22 4 577 582 4 D M Hatch s Ghose The d B PhaseTmnsition incristobalite si02 J Phys chenMinerals 199l 17 554 562 Effect ofZircollium SilicateContent onthe PropertiesofSilicon Based CeramicCoresWu Zhenfeil Qiao Jingweil Pang Jiaminl Lu Lifan92 五n l伊u pro哪i 配ecer删帆icsreseorc i 醛 如u把Cb d y如i 曙2 422J 2五n zgsM 2秽M日i砂一7bc l L d 7删 i 酱2J J8D8 Abstract Inthis paper the propeniesof silicon based ceramiores withdifkrent zirconium silicatecontent werestudied The resultsshow thatwith theincrease ofzirconium silicatecontent ceramic corelineshrinkage bulk densityandstrengthareincreased thepomsity and the珊aI phasechangearereduced andthechange ofzirconiumsilicatecontent hasno obviouseffect onthe crystallizationeffectof theother quartz Key wordsSilicon Based CeramicCore Zirconium Silicate Bending Strength Themlal Def0瑚ation 简讯 中国的匠心匠艺 硅元瓷器亮相巴黎国际工艺 创新双年展 本刊讯 第四届国际工艺创新双年展于2019年5月23 26日在法国巴黎大皇宫隆重举行 此届双年展组委会首次设立中国主题馆 暨首届中国工艺创新展 硅元瓷器 梵华净界 玉净瓶 在本届展会上亮相 国际工艺创新双年展是全世界最有影响力的工艺美术界盛会 由创 立于1868年的 法国艺术工会 创办 每届于法国大皇宫举办 每届都吸引着全球400多名优秀艺匠和艺术家 展示他们的原创及未 公开发表的作品 更有45000多名专业观