水溶性環(huán)氧樹脂的氧化鋯陶瓷凝膠注模成型

氧化鋯陶瓷的成型方式?jīng)Q定了其陶瓷強(qiáng)度以及密度，間接決定了陶瓷零件產(chǎn)品的硬度與其使用耐磨性，下面科眾陶瓷廠將介紹水溶性環(huán)氧樹脂的氧化鋯陶瓷凝膠注模成型。

20世紀(jì)90年代初，美國橡樹嶺國家重點實驗室的JANNY和OMATETE教授發(fā)明了陶瓷材料的凝膠注模(gel-casting)成型技術(shù)[1−3]，該技術(shù)作為一種獨具特色又極具前景的新型陶瓷成型工藝而受到廣泛關(guān)注，能得到組織均勻、高密度、高強(qiáng)度和凈尺寸的坯體材料。凝膠注模通常采用非水基和水基2種凝膠體系，出于綠色和環(huán)保的考慮，非水基凝膠體系已逐步被水基凝膠體系所取代。

普遍使用的水基凝膠體系為丙烯酸酯體系和丙烯酰胺體系，而丙烯酸酯類單體在水中的溶解度偏低，丙烯酰胺凝膠體系毒性大，因此這2種體系都無法滿足工業(yè)化應(yīng)用的需求。

氧化鋯陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良性能，在催化劑、高溫固態(tài)燃料電池和耐火材料以及生物材料等方面都有廣泛的應(yīng)用前景。對ZrO2凝膠注模成型的研究以丙烯酰胺凝膠體系居多，而丙烯酰胺凝膠體系毒性大，并且ZrO2陶瓷粉末的分散性差，難以形成流動性較好的漿料。

工業(yè)陶瓷環(huán)

近年來，有人利用天然大分子在物理或化學(xué)變化時形成的凝膠進(jìn)行陶瓷凝膠注模成型，如ADOLFSSON等[4]利用瓊脂糖制備ZrO2陶瓷，CHEN等[5]利用明膠制備出強(qiáng)度為8 MPa的氧化鋁陶瓷生坯，BENGISU等[6]采用殼聚糖注凝成型氧化鋯和氧化鋁陶瓷，ERIK[7]采用無毒的瓊脂凝膠注模成型ZrO2陶瓷。
 

上述方法得到的成型坯體強(qiáng)度均不高。GREGOROVA 等[8]采用菜膠注凝成型ZrO2陶瓷，固相的體積分?jǐn)?shù)不到30%。董滿江等[9−13]將水溶性環(huán)氧樹脂應(yīng)用于ZrO2和SiC的凝膠澆注成型，ZrO2漿料的固相體積分?jǐn)?shù)高達(dá)53.7%。海因環(huán)氧樹脂作為水溶性環(huán)氧樹脂的一種，具有毒性低、成本低、水溶性好和強(qiáng)度高等優(yōu)點，用于結(jié)構(gòu)陶瓷的凝膠注模成型有較好的應(yīng)用前景。

XIE等[14]采用海因環(huán)氧樹脂體系，獲得強(qiáng)度高達(dá)43.4 MPa的氧化鋁陶瓷生坯，趙陽等[15]采用相同體系制備出強(qiáng)度高達(dá)77.8 MPa的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。而利用海因環(huán)氧樹脂制備氧化鋯陶瓷的研究還很少，因此，本文選用低分子量的聚丙烯酸銨(NH4PAA)為分散劑，水溶性海因環(huán)氧樹脂作為凝膠劑，3，3-二氨基二丙胺(DPTA)為固化劑，通過ZrO2－海因環(huán)氧樹脂體系的凝膠注模成型及無壓燒結(jié)制備氧化鋯陶瓷，研究分散劑含量和固相含量對漿料的流變性能以及生坯與燒結(jié)樣品性能的影響，對于采用無毒凝膠注模成型工藝制備性能優(yōu)良的ZrO2陶瓷具有重要的指導(dǎo)意義。
 

結(jié)論

1) 海因環(huán)氧樹脂和分散劑NH4PAA以及去離子水和ZrO2粉末組成的漿料，當(dāng)其中分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%，海因環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，固相體積分?jǐn)?shù)為50%時，獲得黏度為0.46 Pa/s (剪切速率為100 s−1)的適合澆注的低粘度ZrO2陶瓷漿料。

2) 凝聚注模成型的ZrO2陶瓷生坯中顆粒之間結(jié)合緊密,結(jié)構(gòu)均勻，致密性好，生坯強(qiáng)度達(dá)到61.05 MPa，完全滿足機(jī)械加工的強(qiáng)度要求。

3) 凝膠注模成型的ZrO2陶瓷生坯經(jīng)1500 ℃燒結(jié)，制得的氧化鋯陶瓷的抗彎強(qiáng)度達(dá)672.52 MPa，相對密度為98.26%，以t-ZrO2為主。