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熔融石英陶瓷的凝胶注模成型研究
  • 作者:管经理    来源:宜兴金君耐火炉料有限公司    时间:2016/5/21    点击:2321
熔融石英陶瓷的凝胶注模成型研究
1  前  言
  熔融石英陶瓷具有热震稳定性优异、热膨胀系数小、导热率低、耐玻璃及金属液侵蚀等特点,因此在玻璃、冶金、有色金属等行业被广泛应用,如玻璃窑炉供料机用冲头、料碗、匀料筒、供料道等,玻璃熔化用坩埚、浮法玻璃窑用闸板砖,冶金用水口、塞棒、金属带材热处理辊底炉用辊套、低压铸铝机用升液管、航天用导弹整流罩等等。目前,熔融石英陶瓷在现代工业中的应用已越来越广泛。
    随着熔融石英陶瓷应用范围不断扩大,对制品几何形状的复杂性要求越来越高,而制备形状复杂的制品,成型方法是关键,凝胶注模成型技术是目前制备形状复杂、高性能和高可靠性陶瓷较理想的成型方法,该成型方法是利用加入料浆中的有机单体产生大分子原位网状聚合反应,形成三维网络并将陶瓷悬浮体中的粉料聚集在一起,而形成聚合物凝胶,经干燥后即形成坯体,其特点是:坯体均匀、生坯密度高、素坯强度高、是可进行生坯加工近净尺寸成型好方法之一。
    本文介绍了熔融石英陶瓷的凝胶注模成型技术。
2  实  验
2.1实验原科
本实验采用的原料,熔融石英采用江苏东海产熔融石英颗粒料,其化学组成见表1。
    表l熔融石英的化学组成
  组分    si02  a1203f203 na20  k20 cao  mso
含量(wt%) 99.8  0.05 0.004 0.ou5 0.005 0.005 0.004
  有机单体选用丙烯酰胺,采用工业纯,交联剂及引发剂均采用化学纯。
  2.2实验过程
  熔融石英浓悬浮体的制备采用两步法,第一步先球磨制备细浆,万孔筛余小于0.50-/0。第二步加入颗粒料进行混浆,以制备悬浮性好,含水率低(固相体积含量可达80%),比重大(1.96g/cm3左右)的料浆。
   在实验中有机单体的加入方式有两种:(1)将单体、交联剂与去离子水配成预混液,浓度为12%,用预混液直接配料入磨,加骨料时,将引发剂同时加入球磨,一起进行混浆。(2)加骨料时,将单体与交联剂、引发剂同时加入球磨,一起进行混浆。其工艺流程如图1:
    方法1:
单体、交联剂引发剂
    配料一球磨一骨料一出磨一注模一热固化一脱模一修坯一干燥÷脱脂烧结f联剂、引发,
    方法2:  单体、交l    f0

图1凝胶注模工艺流程图

    该工艺制备的料浆其固相含量大于80volo-/o,料浆的粘度低,将料浆注模,并在一定温度(40—80c)条件下,引发有机单体聚合,使料浆原位凝固成型。脱模后再经较短时间的低温干燥,就可得到生坯强度很高,一般可达20mpa,可进行机加工的坯体,坯体在1230,12500c下进行烧成,可得抗折强度40mpa,体积密度1.92g/crrr3,气孔率120-/0的制品。图2为凝胶注模工艺制作的夹层璃预热预压机托辊用瓷环等产品。现象可以得到缓解。事实证明球磨筒体及料浆因磨内料球的磨擦撞击会温度升高,当温度超过35。c时就可能引起单体的部分聚合,从而影响料浆浇注性能。
3  实验结果与讨论
    3.1球磨时间及温度的影响
    单体、交联剂的球磨时间不宜过长,过长可导致单体的部分线性聚合,影响料浆浇注成型性能。造成此种现象的主要原因,是由于长时间粉磨会造成料浆温度升高,使单体与交联剂作用下产生聚合反应。如果将单体与交联剂分两次加入
3.2固化温度的影响
    凝胶注模时,单体的聚合反应是一个放热反应,当发现坯体有微弱的温升时,这表明聚合反应已经开始,为了加速其固化速度,凝胶注模法成型可在40 - 800c之间进行,温度低时圊化时间长,温度高时固化时间短,成型内径40mm外径loomm的瓷环,舳℃时固化时间为0.5小时,400c时固化时间为2小时。这是由于温度高时单体和交联剂在引发剂作用下,反应加速促进网络结构的形成,我们可以根据制品的形状大小,选择确定合适的固化温度。
    3.3料浆ph值的影响
    凝胶注模法成型所利用的化学反应通常以四甲基乙二胺(碱性)为催化剂,在催化剂条件下该化学反应可在常温条件下进行。本实验所制备料浆ph值在2—4之间,为酸性,并且遇碱易聚沉,因此本实验不宜采用四甲基乙二胺(碱性)为催化剂,只宜热固化。
    3.4凝胶注模法成型的熔融石英陶瓷坯体在1230.1250c下进行烧成,可得抗折强度40mpa,体积密度1.92g/cm,气孔率120-/0的制品。
    3.5采用凝胶注模法成型的生坯干燥后强度高,一般抗弯强度可达20mpa,可直接进行车削等机加工。
    3.6由于石英陶瓷料浆中含有大颗粒骨料且触变性较强,难以成型薄壁异型制品,而采用凝胶注模法可以很好地成型各种异型熔融石英陶瓷制品。
4结  论
    4.1熔融石英陶瓷可以成功地运用凝胶注模法成型,料浆中含固相的体积分数大于80%。
  4.2凝胶注模法成型的熔融石英陶瓷在1230。1250ct烧成后,体积密度可达1.92g/cii13,抗折强度40mpa。
  4.3通过控制固化温度可以控制坯体适宜的固化时间。
  4.4凝胶注模法成型的坯体经干燥后生坯强度高,可以直接进行机械加工。

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