基于Isobam新体系凝胶注模成型制备氮化硅陶瓷

利用一种新型无毒的异丁烯马来酸酐聚合物,采用凝胶注模的方法制备了氮化硅陶瓷。采用不同分子量的Isobam用作分散剂和胶凝剂,研究了其添加量及固相含量对Zeta电位和流变性影响,并探讨了其分散和凝胶化机理。该新型体系相较于传统丙烯酰胺体系无毒且更加环保,添加量极少,不足原始粉料的1wt.%。因此,在烧结过程中即可排除有机物,无须制定特殊排胶制度,简化了工艺。采用气压烧结的方法,在1760℃下保温2 h得到的烧结体结构均匀致密,β-Si_(3)N_(4)形成相互搭接的连锁微结构。随着分散剂含量的增加,烧结体的密度、孔隙率和抗弯强度变化不大,当固含量为40 vol.%,Isobam 600含量为0.3 wt.%时,密度为2.9 g·cm^(-3)、抗弯强度454 MPa。固含量增加到45 vol.%时,密度可达3.0 g·cm^(-3)。

Y_(2)O_(3)-MgO外加量对Isobam凝胶流延氮化硅性能的影响

针对共价键氮化硅材料难实现致密烧结的问题,以Isobam(异丁烯马来酸酐共聚物)为凝胶体系,Si粉为原料,分别添加不同量的烧结助剂Y_(2)O_(3)-MgO(Y_(2)O_(3)和MgO的物质的量比为4∶3,外加质量分数分别为4%、6%、8%和10%),通过凝胶流延成型制备了Si流延片,在1400℃氮气气氛下保温2 h后,升温至1750℃保温2 h两步烧结制备了Si_(3)N_(4)陶瓷基板试样。探究了烧结助剂外加量对氮化硅陶瓷基板性能的影响。结果表明:添加Y_(2)O_(3)-MgO烧结助剂可促进烧结后试样α-Si_(3)N_(4)向β-Si_(3)N_(4)的转变;随着Y_(2)O_(3)-MgO烧结助剂外加量(w)从4%增至8%,烧结过程中生成了更多的液相,促进了液相传质,导致长柱状β-Si_(3)N_(4)晶粒增多和生长,试样的致密度、硬度、断裂韧性、抗弯强度、热导率随着烧结助剂外加量的增加而增大。但当烧结助剂外加量(w)为10%时,由于β-Si_(3)N_(4)晶粒的异常长大,试样的各项性能均下降。当烧结助剂外加量为8%(w)时,氮化硅试样的综合性能最好。

陶瓷添加剂ISOBAM对氧化铝浆料流变性能的影响

ISOBAM(异丁烯-马来酸酐共聚物)是一种新型的陶瓷添加剂,主要用作凝胶注模成型中浆料的分散剂和凝胶剂。以α-Al 2O 3为对象,分别研究了pH值、ISOBAM添加量和球磨时间对Al 2O 3浆料流变性质的影响及Al 2O 3浆料的凝胶机理。结果表明,ISOBAM对氧化铝浆料有明显的分散作用,其主要分散机理是ISOBAM通过羧基的氢键作用吸附在氧化铝颗粒表面,增加了颗粒表面负电荷密度,提高了颗粒Zeta电位绝对值。其中,添加0.2%质量分数的ISOBAM的浆料可以快速凝胶化,原因是浆料的pH值接近等电点,ISOBAM分子和氧化铝能够通过氢键作用而形成凝胶网络。

基于Isobam注凝成型制备碳纳米管/氧化铝及其性能研究

报道了基于Isobam注凝成型工艺制备的CNTs/Al2O3复合陶瓷材料。研究了Isobam对CNTs和Al2O3粉体分散效果的影响,CNTs含量对混合陶瓷悬浮体流变性能以及复合材料坯体和烧结体性能的影响。结果表明,当Isobam含量为5%(质量分数),pH值=9~10时,CNTs悬浮液的分散效果最佳。随着CNTs的添加量的增加,混合悬浮体的粘度逐渐升高,凝胶时间呈现先降低后升高的趋势。当CNTs含量为0.3%(质量分数)时,相比于相同条件下纯氧化铝陶瓷,CNTs增强Al2O3复合陶瓷的断裂韧性提高了23.7%。

新型凝胶剂ISOBAM对凝胶注模成型多孔陶瓷材料的影响

本文主要研究了新型凝胶剂ISOBAM(异丁烯、马来酸酐共聚物)对莫来石纤维、莫来石复合陶瓷性能的影响,加入ISOBAM后莫来石纤维、莫来石复合陶瓷能在常温下产生凝胶固化效应,随着ISOBAM的加入,其力学性能有较大的变化,研究证明ISOBAM的加入量在0.6%时,其综合性能较为理想。

基于原料选控的氧化铝水基凝胶成型工艺分析

随着结构陶瓷各种新型胶态成型工艺的发展,精密复杂陶瓷件的制备对其原料粉体提出了越来越高的要求。国际高纯氧化铝原料市场主要由日、法两国占有,国内生产厂家良莠不齐。本文首先通过干压成型烧结试验,从12个批次的国产氧化铝粉体中筛选了烧结活性较高的原料。选用异丁烯/马来酸酐共聚物(Isobam)作为粘结剂,通过调整浆料分散剂体系,控制固含量和粘度,筛选出4种适用于凝胶注模的原料粉体。比较了凝胶注模样品与干压样品的性能差异。配置出了固含量达到50vol%的低粘度凝胶注模浆料,并在1650℃烧结3 h的条件下,得到了致密度97.3%、弯曲强度236 MPa的氧化铝异型陶瓷。

复合凝胶体系制备高性能氧化铝陶瓷

Isobam104为异丁烯和马来酸酐的共聚物,在凝胶体系中既可以作为凝胶剂,也可以作为分散剂。采用Isobam104和CMC为复合凝胶剂,制备高性能氧化铝陶瓷,研究两种凝胶剂的加入量对凝胶体系Zeta值、浆料粘度和剪切模量的影响。结果显示:随着固体含量的升高,陶瓷在烧结后的抗弯强度从330 MPa±20 MPa升至424 MPa±21 MPa,相对密度提高至96.5%。该体系在固体含量为72 vol.%、Isobam104为0.3 wt.%、MC含量为0.1 wt.%时,制备的氧化铝陶瓷抗弯强度最大为424 MPa±21 MPa。

水溶性共聚物为交联剂的凝胶注成型AlN陶瓷的研究(英文)

本研究采用一种快速凝胶的氮化铝凝胶通过在氮气气氛下烧结制备AlN陶瓷。将AlN粉体、少量的Y2O3粉体(烧结助剂)和去离子水以一定比例混合制得AlN浆料,在浆料中加入一种新型的水溶性共聚物Isobam(由异丁烯和马来酸酐形成的共聚物)作为交联剂,所得浆料在室温空气中自发凝胶成型。研究了Isobam和AlN、Y2O3粉体表面的有机包裹剂聚亚氨酯对浆料流变性能和凝胶性能的影响。结果表明,加入0.3wt%Isobam可制备出固含量达52vol%的低粘度(0.2 Pa·s)AlN浆料。将凝胶干燥并脱粘,获得的AlN素坯在氮气气氛下1800℃烧结4 h,可制备出鳍状AlN陶瓷,所得陶瓷的密度为3.33 g/cm3,热导率为204 W/(m·K)。

凝胶浇注结合固相烧结制备具有多级孔结构的碳化硅陶瓷

以Isobam作为胶凝剂,聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为泡沫稳定剂和造孔剂,结合固相烧结制备出具有多级孔结构的碳化硅陶瓷,并研究了PMMA添加量、球磨机转速以及烧结温度对多孔陶瓷结构及性能的影响。结果表明：当球磨机转速为220 r/min、烧结温度为2100℃时,随着PMMA添加量由5wt%增加到20wt%,发泡过程受到抑制,但是泡沫的稳定性增强,所得多孔陶瓷的气孔率在51.5%~72.8%之间,压缩强度介于7.9~48.2 MPa之间;当PMMA加入量为20wt%时,随着球磨机转速由220 r/min增大到280 r/min,加剧了浆料的发泡过程,2100℃烧结所得多孔陶瓷的气孔率逐步增大,气孔孔径变大;当球磨机转速为220 r/min,PMMA加入量为20wt%时,随着烧结温度的升高,气孔率逐渐降低,力学性能有所提高。