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氧化锆基片的流延制备技术及其性能研究

作　者: 梁建超
导　师: 肖建中
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料学
关键词: 流延成型氧化锆浆料分散基片烧结
分类号: U463.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 570次
引　用: 7次
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内容摘要

随着大气污染的日益严重,汽车的排放法规也越来越严格。平板式氧传感器以其激活快、体积小等优点成为汽车尾气传感器的重要发展方向。陶瓷基片的制备技术是研究平板式氧传感器的基础与关键。本文详细研究了氧化锆基片的流延制备技术,具体工作如下: 研究了市售超细粉末原料的处理工艺,利用煅烧和球磨的方法,改善了粉末的形貌及粒径分布,获得更高的散装密度,较好的满足了流延成型的要求,同时提出了合适的煅烧温度和球磨时间。通过测试氧化锆浆料流变性能、沉积实验以及对素坯、烧结体性能的分析比较等手段,系统深入研究了三种分散剂(三乙醇胺、松油醇、磷酸酯)、浆料pH 值、球磨时间、粘结剂和增塑剂等对制备稳定分散的氧化锆浆料的影响规律。结果表明:三乙醇胺最佳用量为1.5wt%,在9<pH<11.5 范围内,浆料稳定,制备的坯体致密度高,对氧化锆浆料的分散效果良好。粘结剂用量为5wt%时,素坯具有良好的强度和延展性。同时确定了其它一些工艺参数,提出优化的流延浆料配方。详细分析了流延流体的模型,对影响流延素坯质量的因素,特别是干燥过程进行了深入探讨。采用水基和非水基两种流延成型方法进行流延,对流延过程的工艺参数进行了研究和摸索,分析了常见缺陷。结果表明:流延速度控制在10～12cm/min,干燥温度在25℃,水基浆料在空气中自然干燥,非水基浆料在溶剂气氛中干燥,可以获得密度高,强度和延展性都较好的素坯。研究了氧化锆基片的烧结工艺,结果表明烧结温度的升高有利于获得高的烧结密度,但温度过高不利于控制晶粒尺寸,难以获得稳定的四方相。确定合适的烧结温度为1500℃。分析结果表明,烧结样品的物相组成主要为四方相,显微结构均匀,相对密度达97.8%,1073K 时离子电导率为1.187×10-2S·cm-1。同时初步研究了氧化锆基片的叠片共烧工艺,界面的显微结构分析结果表明,基片结合紧密,共烧效果良好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
1 绪论  12-27
  1．1 汽车尾气对环境的污染及各国的排放法规  12-14
  1．2 减少汽车排污的措施  14-16
    1．2．1 空燃比  14
    1．2．2 三元催化系统  14-15
    1．2．3 稀薄燃烧系统  15-16
  1．3 氧传感器的研究进展  16-20
    1．3．1 氧传感器的分类  16
    1．3．2 氧化锆氧传感器的工作原理  16-18
    1．3．3 套管式氧化锆氧传感器  18-19
    1．3．4 平板式氧化锆氧传感器  19
    1．3．5 平板式双电池型氧传感器  19
    1．3．6 平板式氧传感器的制备工艺  19-20
  1．4 固体电解质膜的研究进展  20-22
  1．5 流延成型的研究进展  22-26
    1．5．1 传统流延成型工艺  22-23
    1．5．2 水基流延成型工艺  23-24
    1．5．3 凝胶流延成型工艺  24
    1．5．4 紫外引发聚合物成型工艺  24-25
    1．5．5 流延等静压复合成型工艺  25-26
  1．6 本课题研究的目的和意义  26-27
2 试验材料及试验方法  27-34
  2．1 试验材料的选择原则  27-30
    2．1．1 粉料  27
    2．1．2 溶剂  27-28
    2．1．3 分散剂及其分散机理  28-29
    2．1．4 粘结剂与增塑剂  29-30
  2．2 试验材料  30-31
    2．2．1 粉料  30
    2．2．2 溶剂及有机添加剂的选择  30-31
  2．3 研究内容  31-32
  2．4 分析方法  32-34
3 粉末处理工艺  34-41
  3．1 流延浆料对粉末的要求  34-35
  3．2 实验原料与过程  35-36
    3．2．1 原料的性质  35
    3．2．2 实验过程  35-36
  3．3 结果与讨论  36-40
    3．3．1 煅烧温度与球磨时间的作用规律  36-39
    3．3．2 煅烧温度的选择  39-40
  3．4 本章小结  40-41
4 氧化锆稳定浆料的制备  41-56
  4．1 稳定浆料的力学分析及表征  41-44
    4．1．1 固体颗粒在浆料中的受力分析  41-43
    4．1．2 浆料稳定分散的表征  43-44
  4．2 实验过程  44
  4．3 实验结果与分析  44-54
    4．3．1 三种分散剂的分散机理  44-45
    4．3．2 分散剂和pH 值对氧化锆浆料稳定性的影响  45-47
    4．3．3 分散剂对氧化锆浆料粘度的影响  47
    4．3．4 球磨时间对氧化锆浆料粘度的影响  47-48
    4．3．5 粘结剂和增塑剂对浆料粘度的影响  48-50
    4．3．6 各添加剂对素坯及烧结体的影响  50-54
    4．3．7 流延浆料的优化配方  54
  4．4 本章小结  54-56
5 流延工艺研究  56-65
  5．1 流体模型  56-57
  5．2 流延的工艺过程  57-59
  5．3 陶瓷流延带的干燥  59-63
    5．3．1 干燥过程分析  59-60
    5．3．2 干燥条件对素坯质量的影响  60-63
  5．4 流延缺陷及原因分析  63-64
  5．5 本章小结  64-65
6 氧化锆基片的烧结与性能研究  65-76
  6．1 引言  65-66
  6．2 实验过程  66-67
  6．3 结果与讨论  67-74
    6．3．1 浆料热性能分析及烧结工艺曲线  67-68
    6．3．2 烧结温度对烧结体性能的影响  68-71
    6．3．3 氧化锆基片的电学性能  71-72
    6．3．4 共烧  72-74
    6．3．5 烧结的样品及缺陷  74
  6．4 本章小结  74-76
7 全文总结  76-78
  7．1 结论  76-77
  7．2 下一步工作的建议  77-78
致谢  78-79
参考文献  79-85
附录攻读学位期间发表的论文目录  85

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