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强磁场诱导陶瓷织构化的研究

作　者: 张永伟
导　师: 税安泽
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 氧化铝氧化锌强磁场织构化胶态成型
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高定向排列结构对于有效改善陶瓷材料的导热、导电以及机械强度等性能具有非常重要的意义。本文在强磁场诱导下采用胶态成型技术,经烧成制备了氧化铝、氧化锌织构陶瓷,系统研究了分散剂添加量、固含量、pH值及磁感应强度等因素对陶瓷织构化的影响。首先,分别制备了氧化铝、氧化锌悬浮液,详细研究了氧化铝、氧化锌悬浮液的分散行为及悬浮液的固含量、pH值和聚丙烯酸(PAA)、柠檬酸钠分散剂添加量对悬浮液分散行为的影响。实验结果表明:固含量、pH值、PAA和柠檬酸钠添加量对氧化铝悬浮液的分散行为均有显著的影响。粘度法、沉降法及Zeta电位测试法所反映的悬浮液分散性随pH值和分散剂添加量的变化规律基本一致。当pH=9～11、分散剂添加量为0.4～0.6wt%时粘度最低、沉降率最小、Zeta电位绝对值最大、分散效果最好。采用x射线衍射、扫描电子显微镜等表征手段并应用Image-Pro Plus图像分析软件和Jade5.0 XRD分析软件等系统研究了磁感应强度、分散剂添加量、固含量、烧结温度等对陶瓷晶粒取向(即织构化)、晶粒生长尺寸、烧结体表面和断面形貌以及烧结体体积密度和显气孔率的影响。实验结果表明:未施加磁场时,氧化铝烧成体和氧化锌烧成体均没有发生织构化现象,但施加强磁场后,氧化铝晶粒沿c轴平行于磁场方向发生了定向排列,而氧化锌晶粒沿c轴垂直于磁场方向发生了定向排列;磁感应强度越大,织构化程度越强。此外,胶体特性对弱磁性的氧化铝、氧化锌陶瓷织构化也有显著的影响。在相同的磁感应强度(10T)、pH值(9.5)、分散剂用量(PAA0.4wt%)条件下,固含量越低,织构化程度越高。在磁感应强度10T、pH9.5、PAA0.4wt%条件下,固含量为5vol%时,两陶瓷体系的定向排列度均达到了最大,分别为氧化铝0.41,氧化锌0.31。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第一章绪论  13-28
  1.1 引言  13-14
  1.2 传统陶瓷晶粒定向技术的研究  14-15
    1.2.1 热处理技术  14-15
    1.2.2 TGG和RTGG技术  15
  1.3 强磁场技术的研究  15-19
    1.3.1 磁场的分类及应用  16-17
      1.3.1.1 直流磁场  16
      1.3.1.2 交流磁场  16
      1.3.1.3 特殊磁场  16-17
      1.3.1.4 稳恒强磁场  17
    1.3.2 强磁场设备的产生及研究进展  17
    1.3.3 强磁场效应  17-19
  1.4 强磁场下晶体取向的研究  19-22
    1.4.1 强磁场在铁磁性材料中的研究进展  19
    1.4.2 强磁场在陶瓷材料中的研究进展  19-20
    1.4.3 陶瓷织构化存在的问题  20
    1.4.4 陶瓷织构化的基本概念  20-22
  1.5 陶瓷悬浮体的制备-胶态成型技术  22-27
    1.5.1 超细粉体分散方法  23-24
      1.5.1.1 物理分散  23
      1.5.1.2 化学分散  23-24
      1.5.1.3 分散剂  24
    1.5.2 分散剂的分散机制  24-26
      1.5.2.1 静电稳定机制（双电层稳定机制）  25
      1.5.2.2 空间位阻稳定机制  25
      1.5.2.3 静电位阻稳定机制  25-26
    1.5.3 悬浮体系分散性能评价方法及测定  26-27
      1.5.3.1 粘度法  26
      1.5.3.2 Zeta电位法  26
      1.5.3.3 沉降法  26-27
  1.6 本课题研究的目的和内容  27-28
第二章陶瓷浆料的制备  28-45
  2.1 前言  28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 实验原料  28-29
    2.2.2 实验仪器以及设备  29
    2.2.3 实验方法  29-30
    2.2.4 悬浮体系性能测定  30
      2.2.4.1 浆料粘度的分析  30
      2.2.4.2 Zeta电位的分析  30
      2.2.4.3 沉降试验分析  30
      2.2.4.4 粒度测定  30
      2.2.4.5 pH值的测定  30
  2.3 结果与讨论  30-44
    2.3.1 氧化铝悬浮体系的分散性与稳定性研究  30-38
      2.3.1.1 球磨时间对氧化铝浆料粒径以及稳定性的影响  30-31
      2.3.1.2 分散剂对粉体粒子表面电学性质的影响  31-33
      2.3.1.3 分散剂用量对氧化铝悬浮体系稳定性的影响  33-36
      2.3.1.4 固含量对氧化铝悬浮液粘度的影响  36-37
      2.3.1.5 pH值对氧化铝悬浮液粘度的影响  37-38
    2.3.2 氧化锌悬浮体系的分散性与稳定性研究  38-44
      2.3.2.1 球磨时间对氧化锌浆料粒径的影响  38-39
      2.3.2.2 氧化锌粉体颗粒的表面电学性质  39-41
      2.3.2.3 分散剂对氧化锌悬浮体系的稳定性关系  41-43
      2.3.2.4 固含量对氧化锌悬浮液粘度的影响  43
      2.3.2.5 pH值对氧化锌悬浮液粘度的影响  43-44
  2.4 本章结论  44-45
第三章强磁场诱导氧化铝陶瓷织构化的研究  45-61
  3.1 前言  45-46
  3.2 实验部分  46-49
    3.2.1 原料  46
    3.2.2 实验仪器以及设备  46-47
    3.2.3 实验过程  47
    3.2.4 实验表征方法  47-49
  3.3 结果与讨论  49-59
    3.3.1 氧化铝原料测试分析  49-50
    3.3.2 强磁场作用对氧化铝陶瓷织构化的影响  50-51
      3.3.2.1 未施加磁场氧化铝陶瓷SEM图和XRD图的分析  50-51
      3.3.2.2 施加10T强磁场氧化铝陶瓷的XRD图  51
    3.3.3 分散剂以及分散剂用量对氧化铝陶瓷织构化的影响  51-56
      3.3.3.1 PAA添加量对氧化铝陶瓷表面的XRD谱图分析  51-52
      3.3.3.2 PAA添加量对氧化铝陶瓷织构化程度的影响  52-53
      3.3.3.3 PAA添加量对氧化铝陶瓷晶粒尺寸的影响  53-54
      3.3.3.4 PAA添加量氧化铝陶瓷形貌的影响  54-55
      3.3.3.5 PAA添加量对氧化铝陶瓷体积密度和显气孔率的影响  55-56
    3.3.4 浆料固含量对氧化铝陶瓷织构化的影响  56-59
      3.3.4.1 固含量对氧化铝烧成体表面XRD谱图分析  56-57
      3.3.4.2 固含量对氧化铝陶瓷织构化程度的影响  57-58
      3.3.4.3 固含量对氧化铝陶瓷断面形貌的影响  58-59
      3.3.4.4 固含量对氧化铝陶瓷体积密度和显气孔率的影响  59
  3.4 本章小结  59-61
第四章强磁场诱导氧化锌陶瓷织构化的研究  61-79
  4.1 前言  61-62
  4.2 实验部分  62-63
    4.2.1 原料  62
    4.2.2 实验仪器以及设备  62-63
    4.2.3 实验过程  63
    4.2.4 实验表征方法  63
  4.3 结果与讨论  63-78
    4.3.1 氧化锌原料测试分析  63-64
    4.3.2 磁感应强度对氧化锌陶瓷织构化的影响  64-70
      4.3.2.1 磁场对氧化锌陶瓷的XRD谱图分析  64-67
      4.3.2.2 磁感应强度对氧化锌织构化程度和晶粒尺寸的影响  67-69
      4.3.2.3 磁感应强度对氧化锌陶瓷形貌的影响  69-70
    4.3.3 固含量对氧化锌陶瓷织构化的影响  70-75
      4.3.3.1 固含量对氧化锌陶瓷的XRD谱图分析  70-71
      4.3.3.2 固含量对氧化锌织构化程度及晶粒尺寸的影响  71-73
      4.3.3.3 固含量对氧化锌织构陶瓷形貌的影响  73-74
      4.3.3.4 固含量对样品体积密度和显气孔率的影响  74-75
    4.3.4 烧成温度对氧化锌织构化的影响  75-78
      4.3.4.1 SEM分析  75-76
      4.3.4.2 烧成温度对氧化锌晶粒平均尺寸的影响  76-77
      4.3.4.3 烧成温度对氧化锌陶瓷体积密度和显气孔率的影响  77-78
  4.4 本章小结  78-79
结论  79-81
参考文献  81-87
攻读硕士学位期间取得的研究结果  87-88
致谢  88

强磁场诱导陶瓷织构化的研究

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