【摘要】：六方氮化硼(h-BN)具有優(yōu)異的耐高溫性及抗熱震性,氮化硼復(fù)合多孔陶瓷近年來在過濾,蓄熱,隔音,催化劑載體等領(lǐng)域備受關(guān)注,但由于六方氮化硼中B、N原子自擴(kuò)散系數(shù)低,因此難以燒結(jié),在一定程度上限制了其的應(yīng)用。堇青石(MAS)熔點(diǎn)約為1450℃,具有優(yōu)異的燒結(jié)性能,可以作為燒結(jié)助劑,降低燒結(jié)溫度。h-BN-MAS復(fù)合陶瓷具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐高溫性能。傳統(tǒng)陶瓷的制備過程較為復(fù)雜,3D打印技術(shù)可以滿足對陶瓷應(yīng)用上形狀及大小多樣性的要求,無模直寫成型技術(shù)設(shè)備簡單,操作靈活,是解決陶瓷制備困難的方法之一。本文以h-BN、Mg O、Al2O3和熔石英為原料,添加聚丙烯酸銨作分散劑、聚乙二醇作塑化劑,成功制備出流變性能適于3D打印的陶瓷漿料,采用無模直寫成型技術(shù)、無壓燒結(jié)工藝制備出h-BN-MAS復(fù)合陶瓷。研究表明,聚丙烯酸銨分散劑的含量為2.0wt.%,添加聚乙二醇(PEG)0.5wt.%,pH調(diào)節(jié)至11,固相含量為30%的復(fù)合陶瓷漿料具有最優(yōu)異的流變性能。在漿料擠出時,在較高的剪切應(yīng)力下,顆粒之間發(fā)生層間流動,儲存模量和損失模量較低,且損失模量高于儲存模量,漿料表現(xiàn)出表觀粘性流體的流動狀態(tài),保證其順利擠出。在漿料順利擠出后,剪切應(yīng)力減少,儲存模量和損失模量均升高,且儲存模量大于損失模量,應(yīng)力減小至更小時,逐漸過渡至線性粘彈性區(qū)域,此時儲存模量和損失模量不隨應(yīng)力的改變而改變,漿料維持本身彈性狀態(tài)的性能較好,承受自身靜態(tài)應(yīng)力的能力較強(qiáng),不會由于自身重力而導(dǎo)致坍塌,該漿料呈現(xiàn)出良好的可塑性,適用于3D打印。在3D打印過程中,隨著層厚的增大,所需擠出壓力增大。使用22G(0.4 mm)型號針頭進(jìn)行3D打印時的擠出壓力略大于25G(0.32 mm)型號。在后處理工藝中,排膠的最佳溫度為400-600℃,在該溫度范圍內(nèi),樣品質(zhì)量基本保持不變,排膠完全,且樣品不發(fā)生氧化反應(yīng)。干燥過程陶瓷坯體的收縮率最大,收縮率隨漿料固相含量的增加而降低。固相含量為30%時,收縮率為9.05%。排膠過程及燒結(jié)過程收縮率較小,且基本不隨固相含量的變化而變化。隨著燒結(jié)溫度的升高、保溫時間的增加,氣孔率降低且氣孔變小,h-BN-MAS復(fù)合陶瓷逐漸致密化。h-BN-MAS復(fù)合陶瓷中h-BN被MAS包覆,在復(fù)合陶瓷斷裂時,片層h-BN結(jié)構(gòu)處存在空隙為裂紋源,裂紋的擴(kuò)展路徑比較曲折,可以提高一定的抗彎強(qiáng)度。隨著固相含量的增大,抗彎強(qiáng)度先升高后降低,當(dāng)固相含量為30%時,抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值。當(dāng)燒結(jié)溫度由1500℃升至1700℃時,試樣的抗彎強(qiáng)度由4 MPa增加至6.54 MPa,抗壓強(qiáng)度1700℃增大至11.37 MPa。然而當(dāng)燒結(jié)溫度升高至1800℃時,h-BN-MAS復(fù)合陶瓷的抗彎強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度下降。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.758.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2645189