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陶瓷颜料

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陶瓷颜料

陶瓷颜料范文第1篇

关键词:喷墨打印;陶瓷颜料;工艺进展

1 前言

随着数字化技术的发展与普及,喷墨打印技术正突破常规,进入到了我们所熟悉和不熟悉的领域,例如:办公室文件打印、户外广告喷绘、数码照片冲印、纺织品喷墨印花等,还有生物技术、生物工程、法学、金属沉淀学、微结构制造、电子制造、网络连接、制药、玻璃、陶瓷装饰及显示器制造等各个领域。

陶瓷喷墨打印技术作为一种数字化技术,是将小墨滴从直径为数十微米的喷嘴喷出,以每秒数千滴的速度沉积在载体上,可以实现无机材料表面的随意装饰,可以将任意复杂花色的图案像彩色打印一样打印到陶瓷以及玻璃的表面上。打印机的工作类型有两种:需求喷墨打印机和连续喷墨打印机。喷墨打印头有三类:一是使用压电陶瓷元件将机械振动转变成墨水压力波,从而排出墨滴的系统;二是使墨水骤然加热而产生气泡,从而通过气泡压力波排出墨滴的系统;三是吸取墨水,并通过静电力使其定向飞扬的系统。

在陶瓷产业结构调整的关键时期,陶瓷喷墨技术以其“资源化、低碳化、数字化、个性化、功能化、智能化”发展的特点,在陶瓷行业掀起了一股“巨浪”。自2009年中国引进第一台喷墨打印机开始,中国喷墨市场就在被逐渐地打开,其分别经历了国产化第一阶段的“萌芽期”和第二阶段“青涩期”。至此,喷墨市场进入完全的“成熟期”。具体来说,从2011开始就进入了一个全面开启的“井喷期”,这个“井喷期”还将继续持续,在未来的某个时候,市场容量可能达到1000台。

2 陶瓷喷墨打印的优势

陶瓷喷墨打印技术具有以下明显的特点与优势。

(1) 个性化

能够实现个性化设计与制造,既节省时间,又提高效率。

(2) 精细化

几何形状由计算机软件控制,图像分辨率高,可制作各种复杂图案。

(3) 高速化

如:在纸品印刷上,印刷速度可达6~10m/s。

(4) 网络化

适应面广,机械化、自动化程度高。该系统由计算机控制,从图案设计到喷墨程序再到执行步骤,印刷图案可在短短的几秒钟内迅速变换,并可通过网络远距离传输。

(5) 无接触

和丝网印花相比,它属于无接触印花。它没有丝网作为介质,与被装饰的形状复杂半成品表面相接触的只是油墨。能突破现有装饰手段中的一些人为因素的制约,进一步提高陶瓷装饰效果。

(6) 低碳化、资源化

与陶瓷其他装饰方法相比,大大减少了色料、釉料的浪费。

(7) 智能化、功能化

陶瓷喷墨打印技术可应用于固体氧化物电池的制造、多层显微电路制造、结构或压电有序陶瓷复合材料制备,以及小体积高复杂的整体陶瓷元件的制造等。

3 陶瓷墨水的组成与性能

陶瓷喷墨技术的核心组成材料——陶瓷墨水通常由陶瓷粉料(色料、着色剂、釉料)、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其它辅料构成。陶瓷粉料(色料、着色剂、釉料)是墨水的核心物质。要求其颗粒度小于1μm,平均粒径为0.5μm,颗粒尺寸分布要窄,颗粒之间不能有强团聚,具有良好的稳定性,受溶剂等其它物质的影响小。溶剂是把陶瓷粉料(色料、着色剂)从打印机输送到受体上的载体,同时,又控制着干燥时间,使墨水粘度、表面张力等不易随温度变化而改变。溶剂一般采用水溶性有机溶剂,如:醇、多元醇、多元醇醚和多糖等。分散剂是帮助陶瓷粉料(色料)均匀地分布在溶剂中,并保证在喷印前粉料不发生团聚。分散剂主要是一些水溶性和油溶性高分子类、苯甲酸及其衍生物、聚丙烯酸及其共聚物等。结合剂是保障打印的陶瓷坯体或色料具有一定的强度,便于生产操作,同时,可调节墨水的流动性能,通常树脂能起到结合剂和分散剂的双重作用。表面活性剂是控制墨水的表面张力在适合的范围内。而其它辅助材料主要有墨水pH值调节剂、催干剂、防腐剂等。

陶瓷墨水的性能要求为除普通墨水的颗粒度、粘度、表面张力、电导率、pH值以外,根据陶瓷应用特点还要求一些特殊性能。如:要求陶瓷粉料(色剂)在溶剂中能保持良好的化学和物理稳定性,经长时间存放,不会出现化学反应变化和颗粒团聚沉淀;要求在打印过程中,陶瓷(色料)颗粒能在短时间内以最有效的堆积结构排列,附着牢固,获得较大密度的打印层,以便煅烧后具有较高的烧结密度;要求打印的色剂具有高温烧成后的稳定性能、良好的呈色性能,以及与坯釉的匹配性能。

4 陶瓷墨水的制备

目前,行业内陶瓷墨水常用的制备方法主要有溶胶法、反相微乳液法及分散法,三种方法各有优缺点[19-21]。其中,溶胶法具有较高的分散稳定性,物化性能容易调节而备受关注。但另一方面,溶胶液是一种热力学不稳定体系,所以,当其长时间放置时,会出现沉降现象;反相微乳液法虽然具有良好的分散稳定性,但由于墨水中固含量偏低,所以限制了其发色性能,而且不适合组成复杂的颜料;分散法制备工艺简单、成本低廉,但其分散稳定性较差,在分散过程中,其颗粒形貌难以控制。因此,在喷墨打印时,容易堵塞喷头,而且当墨水浓度较高时,容易出现絮凝、触变等现象,从而影响打印效果。

除了以上三种方法外,随着喷墨技术对颜料的要求越来越高,新的制备技术值得研究。如:化学共沉淀法、水热法、蔓延燃烧法、微波加热法、机械化学合成法、声化学法等。对这些工艺技术的组合,如:超声-共沉淀、共沉淀-水热、微波-溶胶凝胶、微波-水热、微乳液-水热、自蔓延燃烧-水热技术等。借助这些新工艺,使得陶瓷颜料的制备技术和性能会有新的突破。

4.1 化学共沉淀法制备陶瓷墨水

所谓化学共沉淀法即采用可溶性金属盐类与氢氧化物相互作用,生成沉淀的水合络合物或形成复杂的多核络合物,然后将沉淀物煅烧得到结晶产物。此法可以通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的超微粉体,使得各种成分的混合程度达到分子、原子级水平。此方法已在陶瓷颜料制备中得到广泛应用,目前,已用此法制备出着色力强、颗粒分布范围窄的一系列陶瓷颜料。如:钴铝尖晶石颜料、铬铝锌红颜料、硫硒化镉颜料、硫硒化锌基颜料及透明氧化铁黄颜料等。俞康泰等人采用化学共沉淀法制备了高品位、高温稳定的铬锡红色料。

近年来,超声波技术在材料制备中发挥了越来越大的作用,借助超声在溶液中产生的“空化效应”,具有瞬时高温高压特性,可以合成粒度小、粒径均匀、无团聚的纳米陶瓷粉体。超声技术与共沉淀技术结合,出现新技术——超声-共沉淀技术。水热法制备的粉体高结晶度、低缺陷密度。水热技术与共沉淀技术结合,出现了新技术——共沉淀-水热技术。

4.2 微波照射-溶胶凝胶法制备陶瓷墨水

微波照射-凝胶溶胶法具有反应时间短、产率高的优点。吴东辉等在晶体生长剂存在下,用微波照射溶胶凝胶两步法制备了纺锤体α-Fe2O3,其产率高达100%。

4.3 微波水热法制备陶瓷墨水

微波技术主要优点是反应体系升温快、反应速率快、反应时间短、反应选择性高等。水热法制备具有特定晶形、颗粒分散性好的纳米颗粒,反应需要在相对高的温度和压力下进行。微波场辐照作用与水热反应相结合,发展出了一种新的水热合成方法——微波水热技术。其优点是,对反应体系加热迅速、均匀,不存在温度梯度,对很多反应体系具有加速化学反应的效果。

4.4 微乳液-水热法制备陶瓷墨水

微乳液法制备纳米粒子具有实验装置简单、操作容易,以及产物组分和粒径可控等优点,在制备单分散、细粒度纳米粒子方面具有明显的优势和广泛的适用性,是理想的反应器。微乳液法和水热法结合,利用各自的优点,出现了新技术——水热-微乳液技术。

4.5 自蔓延-水热法制备陶瓷墨水

自蔓延法利用原料自身的燃烧放热,即可达到合成反应所需的温度,从而快速合成出氧化物粉体;水热法制备粉体的主要驱动力是氧化物在不同状态下溶解度的不同,制备的粉体结晶度高、缺陷密度低,集燃烧合成与水热处理的优点于一体——自蔓延-水热法。如,具有反应时间短、颗粒细小、均匀、分散性好、结晶完善等优点。

5 国内外研究现状

5.1 国外喷墨打印用陶瓷墨水的研究现状

喷墨打印用陶瓷墨水的研究在国外起步较早,大量文献报道主要集中在功能陶瓷墨水方面,包括以ZrO2、TiO2、CeO2、SiO2、SnO2、Al2O3、BaTiO3及PZT等为核心物质的特种陶瓷墨水。在制备方法上主要采用直接分散法和溶胶法两种。该类墨水属于微型制造或快速原型制造用的陶瓷墨水,主要用于固体氧化物电池、多层显微电路、压电有序陶瓷复合材料,以及小体积高复杂的整体结构陶瓷元件的制造。随着喷墨打印技术在陶瓷装饰方面的应用,陶瓷装饰墨水也随之产生。1975年7月7日,美国的A.B.Dick公司申请了“用于玻璃的喷墨打印墨水混合物(Jet printing ink composition for glass, patent number US 004024096)”的专利。这是有关陶瓷装饰用喷墨打印墨水最早的报道,该专利介绍了一种用于玻璃或涂釉陶瓷表面的喷墨打印墨水。其组成为:20wt%的酚醛清漆树脂、3wt%~7wt%的防挥发剂(乙二醇乙醚或乙二醇酯)、乙醇、水(水是乙醇的50 wt%)、能电离的可溶性盐(使得墨水电阻率超过2000Ω/cm)。1992年2月26日,美国Airey等人公开申请了名为“用于陶瓷或玻璃表面打印的喷墨打印机墨水(Ink jet printer ink for printing on ceramics or glass)”的专利[7],此墨水的稳定性及着色能力均较差。针对以往专利的不足,2000年1月7日,西班牙Ferro公司向美国专利商标局提交了一份名为“用于陶瓷釉面砖(瓦)和表面彩色喷墨印刷的独特油墨和油墨组合”(Inks for the marking or decoration of objects,such as ceramic objects,patent number US 005273575)”的专利,该专利系统阐述了非水溶性陶瓷墨水的制备方法和多种中间颜色的组合,为陶瓷喷墨打印技术在建筑陶瓷砖中的应用奠定了基础。2004年8月24日,以色列的DIP Tech Ltd.公司申请了“用于陶瓷表面的墨水(Ink for ceramic surfaces,patent number US 007803221 B2)”的专利。该专利介绍了一种在陶瓷和玻璃表面喷墨打印的墨水,包含纳米二氧化硅和色料。2004年10月12日,意大利的Colorobbia Italia S.P.A.公司申请了“纳米悬浮液形式的陶瓷着色剂(Ceramic colorants in the form of nanometric suspensions, patent number US 007316741 B2)”的专利。该专利介绍了由纳米级颗粒所组成的悬浮液状陶瓷着色剂,以及它们的产品和用途。2006年5月21日,以色列的SIMON KAHN-pYI Tec,Ltd.公司申请了“适用于陶瓷产品的着色墨水及其制备方法(Pigmented inks suitable for use with ceramics and method of producing same,patent number US 2008/0194733)” 的专利。该专利介绍了一种生产陶瓷装饰用喷墨打印墨水的方法。目前,Ferro公司已成为全球主要的陶瓷装饰墨水生产商之一。同时,西班牙的Esmalglass-itaca、Torrecid、Colorobbia、Fritia、Salquisa、Bone公司和意大利的Smalticeram、Metco、Sicer公司也具有大规模生产陶瓷装饰墨水的能力[8]。此外,A.Atkinson等人[9]采用溶胶法制备了连续式喷墨打印用陶瓷装饰的Cr-Al红墨水和Ni-Al蓝墨水,采用陶瓷喷墨打印机对坯体进行装饰,在900℃条件下烧成,效果良好。S.Obata等[10]人采用分散法制备了黄、红、蓝、黑四种陶瓷装饰墨水.同时,对色料的粒度及分布、分散剂的种类及添加量、粘度、pH值等对墨水性能影响进行了系统研究,并确定了各参数的最优值。

总之,在国外,随着功能陶瓷墨水制备技术的研究与发展,其关键技术已经开始逐步走向公开化,详细的研究报道(包括:制备方法、配方等)很多。但是对于装饰用的陶瓷墨水而言,可供参考的研究性文献极少,其关键技术主要被掌握在少数西班牙陶瓷色釉料公司。我国要彻底突破此项技术,创出自己的民族品牌,需要企业家和科技工作者共同付出巨大的努力,必须基础理论、材料制备与表征、工艺技术等各方面深入的研究。

5.2 国内喷墨打印用陶瓷墨水的研究

国内喷墨打印用陶瓷墨水的研究始于2000年。近年来,部分高等院校、研究所及企事业单位纷纷对喷墨打印用陶瓷墨水进行了研究报道[11-15]。目前,国内已有部分研究单位申请了陶瓷墨水相关的发明专利。2004年1月8日,中科院化学所申请了《一种无机颜料水溶胶及制备方法和应用》的专利,专利号:200410001432.0。2006年7月20日,中国制釉股份有限公司(台湾)申请了《高色浓度微细化无机颜料其制法及无机颜料墨水组合》的专利,专利号:200610106160.X。2009年12月19日,广东道氏制釉申请了《一种陶瓷喷墨打印用黑色颜料及其制备方法》(专利号:20091031 1821.6)和《一种陶瓷喷墨打印用棕色颜料及其制备方法》(专利号:200910311865) 的专利。2009年12月22日,广东道氏制釉申请了《一种陶瓷喷墨打印用锆铁红颜料及其制备方法》的专利,专利号:200910311976.X [21]。2010年2月1日,广东科信达申请了《一种Mn-A1红陶瓷色料的制备方法》的专利,专利号:200910311976.X。2011年7月5日,佛山欧神诺和博今科技联合申请了《一种使用于喷墨打印的陶瓷渗透釉及其用于陶瓷砖生产的方法》的专利,专利号:2011101872456。截止到目前,国内总共有8篇有关喷墨打印用陶瓷墨水的发明专利,其中 4 篇关于陶瓷装饰墨水用超细粉体制备和4篇有关陶瓷装饰墨水制备。

据报道,广东博奥科技是国内首家自主研发,并批量生产陶瓷喷墨打印用墨水的企业。2011 年,该企业在广州陶瓷工业展览会上展出了九种颜色的陶瓷墨水和一种面釉,引发了媒体和观展商的高度关注。据称,该公司从两年前开始研发陶瓷喷墨墨水,2012年3月就已宣布成功研制出陶瓷喷墨打印用墨水。目前,博奥的陶瓷墨水正在积极地开拓市场用户。另外,道氏制釉、大鸿制釉、金鹰颜料、华山制釉、万兴色料等企业也均在研发陶瓷喷墨墨水。同时,可以看到,国内陶瓷墨水的研发和生产主要集中在广东省佛山市,一些色釉料企业积极投入到陶瓷墨水的研发与生产中,在国内处于相对领先的水平。

6 喷墨打印用陶瓷墨水所存在的问题

6.1 陶瓷色釉料颗粒的大小及其分布情况

陶瓷色釉料颗粒的大小及其分布对其发色有较大的影响,粒度太大或太小、粒度分布太宽均不利于发色[22]。对于陶瓷喷墨用无机颜料,其最大尺寸要小于 1μm,且颗粒尺寸分布要窄,颗粒间不能有强团聚。因此,在色料微细化过程中,控制其粒度及分布,防止发色变弱非常关键。

6.2 无机陶瓷色料的微细化与分散稳定性[23]

陶瓷墨水拉线经常出现大面积深色喷墨打印的情况,这是由于每若干组喷头只负责一种颜色,当大面积深色喷墨打印时(尤其是接近于单色),这几组喷头的喷墨量加大,会造成喷头阻塞(喷头不出墨)和表面附着污染物(污染物可能引起溅射),喷射不到的地方即为拉线缺陷。除了喷头本身的原因外,喷头的位置也是一个影响因素。对于无机陶瓷色料分散型墨水,颗粒尺寸和形状可能引起喷头磨损,墨水的沉淀可能引起堵塞或粘附喷头。因此,制备单分散、高分散稳定性的陶瓷纳米颗粒尤为关键。

6.3 分散剂溶剂的选择[24]

在陶瓷墨水研发过程中,溶剂及其他添加剂的物化性能对墨水的性能影响较大。美国专利(US5273575)和欧洲专利(EP0572314A1)均为水溶性陶瓷墨水,对于建筑陶瓷釉面砖,其釉料通常采用水的悬浮液涂覆,水溶性油墨在坯体上容易产生扩散。因为油墨在边缘处的干燥速率大于中心处,在干燥的过程中,中心处的墨水将向边缘流动,使得干燥后边缘处的厚度比中心处的厚,影响分辨率及发色的均匀性。因此,对于陶瓷釉面砖需要将研发的重点集中在非水溶性陶瓷墨水上。

6.4 发色效果的问题

陶瓷色料的发色效果主要取决于微观结构,即离子的结构、电价、半径、配位数及离子间的相互极化。陶瓷色料的着色主要可分成三大类:晶体着色、离子着色和胶体着色。其中,晶体着色最稳定,如:刚玉型的铬铝红、金红石型的钒锡黄、锆英石型的钒锆蓝、尖晶石型的钴铁铬铝黑、石榴石型的维多利亚绿等。在陶瓷色料结构体系中,尖晶石型陶瓷色料的晶体结构致密、发色稳定、气氛敏感度小,特别是其高温稳定性和化学稳定性好,且饱和度随细度的降低反而增大。如:钴蓝系列、棕黄系列和黑色系列。因此,陶瓷墨水最好选择尖晶石等结构类型的陶瓷色料[25]。

6.5 花色品种单一

尽管目前已研发出大约 12~14 种陶瓷墨水,包括 7 种不同颜色[16-18]。其中,蓝色发色力最强;黄色发色力较弱,现有的黄色墨水带有绿色调;棕色居中;鲜艳的红色仍然很难发色,且白色墨水的白度也不高。此外,现有陶瓷墨水一般为3色(蓝、棕、黄)、4色(蓝、棕、黄、黑)及5色,其中,在瓷砖生产中使用 3~4 色组合的较多,5色正在推广,6色组合较少。从已成功应用喷墨打印装饰技术的陶瓷企业生产情况来看,现有的墨水生产浅色瓷砖具有优势,而生产深色瓷砖仍需改进,此外,红色系瓷砖生产也需改善。从另一个角度来讲,现有陶瓷墨水生产浅色的内墙陶质有釉砖具有优势,而生产色深的瓷质仿古砖仍有不足。

7 结语

(1) 陶瓷喷墨打印技术是陶瓷装饰技术的一场革命,该项技术将导致陶瓷行业的重新洗牌,把陶瓷行业带入一个崭新的时代。它涉及了化学、材料学、纳米粉体制备技术、表面改性理论及流变学理论等众多领域。因此,需要企业家和科技工作者付出巨大的努力,共同深入研究、探索,才能走的更远。

(2) 在喷墨颜料制造工艺方面,随着喷墨技术对颜料的要求越来越高,新的制备技术值得研究。除了固相分散法、溶胶法和微乳液法外,如:化学共沉淀法、水热法、自蔓延燃烧法、微波加热法、机械化学合成法、声化学法等,以及对这些工艺技术的组合,如:超声-共沉淀、共沉淀-水热、微波-溶胶凝胶、微波-水热、微乳液-水热、自蔓延燃烧-水热技术等。借助这些新工艺,各取所长、相互补充,既能使颜料颗粒达到纳米级别,又能使晶体结构充分发育完善,减少结构缺陷,提高发色能力。新技术的进一步发展和完善将会使喷墨陶瓷颜料的制造和性能得到新的突破。

(3) 采用在油性分散介质中,以高分子聚合物纳米微粒为模板,制备核壳型结构的有机/无机复合纳米胶囊,该胶囊不但具有核壳型结构、高分散稳定性,而且可获得颗粒表面形貌规则、结构缺陷少、发色能力强的喷墨打印墨水颗粒。进而通过调控在油性分散介质中物质的转移率,使得陶瓷墨水中固含量变为可控,这有望彻底解决喷墨打印用陶瓷墨水稳定性的问题,并大幅度提高发色性能。

(4) 陶瓷喷墨技术的功能化是陶瓷装饰的又一发展方向。通过喷墨技术在陶瓷表面喷涂功能化、智能化涂层,会赋予建筑陶瓷全新的功能。如:对陶瓷赋予抗菌、自洁,以及热、声、光、湿、电、磁、气、辐射等敏感功能,将会对城市噪音,城市或家居空气环境包括:热污染、气体污染、噪声污染、湿度污染、光污染和辐射污染等可以起到抑制与控制作用。智能时代少不了智能陶瓷墨水的妆点。

(5) 随着陶瓷喷墨技术的日益成熟和迅速扩张,新一代的“陶瓷激光打印技术”将会应运而生。这将对陶瓷颜料提出更加严格的要求,如:纳米颜料粉体的固态分散性能、电性能以及磁性能等。可以预计:“陶瓷激光打印技术”将会使陶瓷装饰档次更上一个新台阶,是陶瓷计算机(数字化)装饰的又一次革命。

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陶瓷颜料范文第2篇

【关键词】碳化硅陶瓷;陶瓷材料;陶瓷烧结;烧结法

0.引言

由于碳化硅陶瓷具有超硬性能,又具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点,可制备成各种磨削用的砂轮、砂布、砂纸以及各类磨料,广泛应用于机械制造加工行业。它还可以应用在军事方面,例如将碳化硅陶瓷与其他材料一起组成的燃烧室及喷嘴,这种技术已应用于火箭技术中。同时在航空、航天、汽车、机械、石化、冶金和电子等行业得到了广泛的应用,碳化硅密度居中,硬度和弹性模量较高,还可用于装甲车辆和飞机机腹及防弹防刺衣等。由于碳化硅产品具有操作简单方便,使用寿命长,使用范围广等优点,使碳化硅产品的市场发展前景广阔,因此受到很多国家的重视,一直是材料学界研究的重点,如何制得高致密度的碳化硅陶瓷也是研究者一直关心的课题。目前制备碳化硅陶瓷的方法主要有以下几种方法,由于制备方法的不同,碳化硅陶瓷材料的性能与制备工艺的不同有一定的相关性,本文对碳化硅陶瓷的制备方法及其应用进行了介绍。

1.反应烧结法制备陶瓷与应用

反应烧结法也可称为活化烧结或强化烧结法。需要指出活化烧结和强化烧结的机理有所不同。活化烧结的过程是指可以降低烧结活化能,使体系的烧结可以在较低的温度下以较快速度进行,并且使得烧结体性能得到提高的烧结方法。而强化烧结的过程泛指能增加烧结速率,或强化烧结体性能(通过合金化或者抑制晶粒长大)的所有烧结过程。可见它们的制备机理是存在差异的。反应烧结强调反应,这是一种化学过程,也就是有一种物质变成另外一种物质,例如,在制备碳化硅的过程中,就会在确定的温度下发生Si+CSiC 的化学反应。这种反应过程就是将碳化硅粉料和碳颗粒制成多孔坯体,然后将多孔坯体干燥后利用马弗炉加热至1450~1470℃,在这样的条件下就可以使,熔融的硅渗入坯体内部与碳反应生成碳化硅。这一机理的探讨源于上世纪七十年代,当时由于世界范围内的石油危机,能源问题对世界各国的经济发展带来巨大的挑战,为了提高内燃发动机的效率,科学家们开始考虑使用高温陶瓷材料替代内燃机的金属部件,这样就可以提高效率。在1973年,英国人KennedyP和ShennanJV等开始了反应烧结制备碳化硅的深入研究[1],1978年,英国剑桥大学的SawyerGR等人采用扫描电镜、透射电镜、光学显微镜和 X 射线衍射等手段对反应烧结碳化硅的微观结构进行了一系列的定量表征[2],从碳化硅的制备机理给与了探讨;1990年,日本的LimCB等人研究了反应烧结碳化硅中强度、气孔率与微观结构的关系,随着研究的进一步深入,反应烧结碳化硅产品开始逐步走向商业化。

2.无压烧结法制备陶瓷与应用

无压烧结法是在常压条件,也就是在一个标准大气压的惰性气体气氛中进行烧结。这种烧结可以把粉状物料转变为致密体,这是一个传统的工艺过程。人类很早就开始利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。我国古代就可以制备精美的工艺瑰宝,流传至今。

一般来说,粉体经过成型后,通过烧结得到的致密体是一种多晶材料,其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。给人类美的享受。它的烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布。无机材料的性能不仅与材料组成(化学组成与矿物组成)有关,还与材料的显微结构有密切的关系。但这种烧结方法只停留在观赏。在1956年,美国的AlliegroRA等人发现,加入某一物质可以使热压烧结碳化硅中发生促进烧结的作用,此后,实验证实,许多物质如:Al、Fe、Cr、Ca、Ni、Al+Fe、Zr和Mn等能够促进碳化硅的烧结过程。1975年,Prochazka S 等人在碳化硅坯体中加入不同的两种物质,通过无压固相烧结成功制备出碳化硅陶瓷。ProchazkaS等人的实验采用的是高纯的亚微米级β-SiC粉体,并在其中加入少量不同的两种物质,他们的研究结果对无压烧结法的机理带来了重要的影响因素,实验证明碳化硅的坯体通过固相烧结致密化,β-SiC在烧结过程中产生相变并发生晶粒长大,这种晶粒的大小与陶瓷的强度有关。由于碳化硅是高熔点的强共价键材料,这项研究结果报道后引起了许多研究者大量的关注,并且对碳化硅烧结过程的研究论文得到大量的引用。在 ProchazkaS的研究成果发表后不久,人们就发现 加入不同的两种物质对β-SiC的烧结促进作用同样适用于α-SiC。因此,使大部分碳化硅陶瓷产品得到大量应用。

3.液相烧结法制备陶瓷与应用

液相烧结法最早应用在7000年前,那就是古人用粘土烧制砖块。开发液相烧结技术是由爱迪生发明的电灯丝所驱动。碳化硅的液相烧结开始于1975年,LangeFF首次在碳化硅的热压烧结过程中加入了部分氧化铝以促进碳化硅坯体的致密化。当今的利用高新技术广泛采用液相烧结技术制造陶瓷,压电陶瓷,铁氧体和高温结构陶瓷。Al2O3在高温下与SiC粉料颗粒表面的SiO2反应形成液相,成为碳化硅颗粒之间的晶间相,通过液相传质过程使坯体致密化。

与添加不同的两种物质的碳化硅固相烧结不同的是,利用液相烧结过程中需要烧结助剂较少,这种添加剂的添加量通常只有百分之几,尽管用量较少,但在烧结完成后的晶间相中仍然会残留较多的氧化物。因此,液相烧结碳化硅的断裂方式通常是沿晶断裂,具有较高的强度和断裂韧性。ShinozakiSS和SuzukiK等人通过加入质量分数不低于3%的Al2O3,分别采用无压烧结和无压烧结与热等静压相结合的办法,系统地研究了它们的组织和力学性能。通过一系列不同的烧结制度,研究了晶粒生长、密度、强度和韦伯模数(强度分布的模数)的变化情况,并指出了晶粒的纵横比与断裂韧性之间的关系,实现了碳化硅陶瓷微观组织的原位控制技术。

4.结语

碳化硅材料因其优良的性能而得到越来越广泛的应用,不同制备工艺制得的产品性能有一定的差别。反应烧结法具有烧结温度低的优点,但烧结过程中会在坯体中留有部分残余硅,使材料的服役温度下降。液相烧结可以制备出不含残余硅的碳化硅陶瓷,但由于碳化硅的强共价键性,必须在坯体中加入氧化铝等作为烧结助剂形成液相才能使碳化硅坯体致密化。热压烧结、热等静压烧结和火花等离子体烧结碳化硅性能较高,其密度和强度通常要高于无压烧结,但在烧结过程也都需要加入B、C等作为添加剂促进坯体的烧结致密化且生产成本高,不适于制备异型件。可以实现工业化生产,满足工业和工程应用领域对相关材料日益苛刻的性能要求。

【参考文献】

陶瓷颜料范文第3篇

关键词泡沫陶瓷,浆料,性能

1 前 言

泡沫陶瓷是一种具有三维空间网架结构的高气孔率(80~90%)的多孔陶瓷体,由于其具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单及良好的过滤吸附性等优点,被广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域[1-3]。目前,泡沫陶瓷的主要制备方法有:有机前驱体浸渍法、发泡反应法、有机填积法、溶胶-凝胶法和凝胶注模法等。而国内泡沫陶瓷生产厂家多采用有机前驱体浸渍法,主要是该制备方法具有工艺简单、操作方便、无需复杂设备等优点[4],但该方法的缺点是难以成形形状复杂的泡沫陶瓷制品。

在有机前驱体浸渍法的工艺过程中,浆料的制备及浆料性能的调整是至关重要的一项工作,也是整个工艺中难度较高的工序。该过程除了要求具备陶瓷浆料的整体均匀性和微域均匀性外,还要求浆料具有尽可能高的固相含量和较好的触变性。

2浆料的制备工艺过程

浆料制备作为泡沫陶瓷浸渍法生产工艺的第一道工序,一向被视为关键工序。浆料性能的好坏直接影响多孔泡沫挂浆的效果,也对保证制品最后的强度、通孔率、体积密度等性能起到重要的作用[5]。下面介绍三种常见的泡沫陶瓷浆料的制备工艺。

2.1 干混工艺

干混工艺是指将粉料按配方称量好,根据先后顺序依次倒入机械混料机中,混料均匀后出料,再按配比加入液相粘结剂,手工搅拌后调成浆料使用。

该工艺的优点是操作简便、设备成本低、能耗小、工人劳动强度低。缺点是混料均匀性差,要求所使用的粉料具有较细的颗粒度,并且浆料具有较高的液相含量;多孔泡沫挂浆效果不好;烧成收缩较大(大于2.0%)。

2.2 湿混工艺

湿混工艺是指将粉料和粘结剂按配方称量,然后倒入机械自动搅拌机内,在规定时间内将浆料搅拌至均匀,并且使浆料具有一定的流动性。

该工艺的优点是操作简便、可较精确地控制浆料稠度、能耗小、工人劳动强度较低。缺点是混料均匀性不太好,不能达到粉体间的微观均匀性,并且要求所使用的粉料具有较细的颗粒分布。

2.3 球磨工艺

球磨工艺是指将所需原材料按配方称量后全部加入球磨机内,球磨至规定时间,浆料出球磨机陈腐一天后使用。

该工艺的优点是浆料均匀性好、具有高的固相含量、浆料触变性好、粉料颗粒要求不是很高。缺点是设备成本较高、能耗相对较大、工人劳动强度高。

3工艺试验和结果分析

分别采用干混、湿混、球磨三种浆料制备工艺进行试验对比,且三种工艺均按同一配方进行试验,配方见表1(氧化铝泡沫陶瓷生产的配方)。

其中,浆料中水的加入量按质量百分数的18~20%加入,可视多孔海绵网孔的大小而定。本次试验所采用的海绵网孔为10ppi(pore per inch,每英寸长度分布的孔数),按含水率18%加入粉料中。

3.1 干混的试验结果

按干混工艺制备浆料,磷酸氢铝按表1的配方比例换算为液体粘结剂,于粉料干混好后再加入,最后通过搅拌制得浆料。结果显示,浆料流动性较差,容易成坨。海绵挂浆效果见图1。从图1可以看出,海绵节点处浆料分布较多,而网线上浆料分布较少,甚至可以看见某些海绵网线出来,表面有轻微堵孔现象,并且上浆重量偏重。

根据以上现象分析,可能干混过程是一个颗粒之间相互交换错位的过程,由于颗粒粒径小,固相之间的混合很容易造成团聚从而使得混合不够均匀。即使搅拌非常充分,也只能达到粉体间的宏观均匀性。液相添加剂的后期加入,仅是固相和液相的简单混合,团聚的颗粒在粘结剂的包裹下更难分离,导致浆料的流动性较差,挂浆效果不够理想。

3.2 湿混的试验结果

按湿混工艺制备浆料,浆料有一定流动性,但触变性不好。海绵挂浆效果见图2。从图2可以看出,海绵挂浆后网线较细,浆料很容易从网孔中渗出,滚压不充分就会导致浆料堵孔。

因为搅拌伴随着液相与固相同时作用,且所用的设备为专业浆料搅拌机,按30kg浆料计算,搅拌时间约为25min,其所制得的浆料有较好的整体均匀性,流动性也较好。但由于粉料之间只有一个推动力作用,微细颗粒之间的团聚无外力作用使之分开,导致微域均匀性差,且浆料触变性不高。

3.3 球磨试验的结果

按球磨工艺制备浆料,浆料具有较好的触变性。海绵挂浆效果见图3。从图3可以明显看出,浆料均匀分布在海绵体内,表面平滑,网线也较粗。

球磨工艺结合了混料和球磨的双重功能,浆料在磨球的作用下不断混合。磨球之间的不断撞击,使得各种细粉原料之间的混合作用成为可能。同时,磨球还使原料中可能存在的粗颗粒细化,使浆料粒度分布均匀,提高浆料触变性,从而改善海绵的挂浆效果,烧成后产品(50mm×50mm×20mm-10ppi)的物理化学性能都较干混和湿混工艺的好,详细见表2。球磨后测得浆料的含水率为16.8%,固相含量得到相应的提高。

4结 论

通过对比干混、湿混及球磨三种工艺的优缺点,对于前驱体浸渍法制备的泡沫陶瓷工艺而言,球磨工艺制备的浆料可以明显改善海绵挂浆效果、提高制品性能,更适宜生产应用。

高的固相含量和粘着性可以保证浆料最大限度地附着在海绵网线上,从而保证产品具有高的抗折(抗压)强度。好的浆料触变性,可以使浆料均匀分布在海绵体内,并且不会出现堵孔现象,而采用球磨工艺就可以较好地达到这种效果。

参考文献

[1] 宁青菊,姚治才.多孔陶瓷材料[J].硅酸盐学报,1998, 4(1):41-45.

[2] 靳洪允. 泡沫陶瓷材料的研究进展[J].现代技术陶瓷,2005,15(8):33-36.

[3] 王连星.泡沫陶瓷的研究进展[J].耐火材料,1997,31(1):55-58.

[4] 王树海,李安明,乐红志等. 先进陶瓷的现代制备技术[M].北京:化学工业出版社,2007:344-366.

[5] 曾令可,王慧,罗明华等. 多孔功能陶瓷制备与应用[M].北京:化学工业出版社,2006:22-24.

Study of Slurry Preparation Process for Foam Ceramics

Wang XiaWang Jianxin

(Hangzhou Zhongya Special Refractory Co.,Ltd.FuyangZhejiang 311411)

陶瓷颜料范文第4篇

关键词:陶瓷膜管金属粘接连接

1、陶瓷--金属连接概述

陶瓷是人们生活和现代化建设中不可缺少的一种材料,它与金属材料、有机高分子材料并称为当代三大固体材料,并被列为二十一世纪优先发展的关键领域之一。科学技术的发展使各类相对独立的材料(如金属、陶瓷、高分子等)相互渗透、相互结合,陶瓷-金属连接技术正是随着多学科的交叉而形成和发展起来的,是材料的应用和延伸,是一门工艺性和实用性都很强的基础技术。陶瓷材料的开发、应用为工程选材开辟了新的领域。航空航天、能源、电子、汽车、机械和化工产业迫切要求材料具备高强度、高韧性、耐高温、抗氧化、耐磨损、抗腐蚀、高温蠕变小等优良性能,为了满足这种日益高涨的需求,多年来,研究人员进行了大量的基础研究和应用开发工作,并进行了不懈的努力,在材料制备工艺和材料性能以及实际应用等方面取得了很大的进展和令人欢欣鼓舞的成就。

陶瓷材料的耐高温、耐腐蚀、耐磨损以及抗绝缘性好等优点使其在高温结构领域中占有非常特殊的地位;但是由于其脆性大、延性低、难以变形和切削加工等,使陶瓷的进一步广泛应用受到了限制。因此将陶瓷与金属进行连接,既可以发挥陶瓷的优点,又可以满足塑性和延性的要求,连接所得复合构件可以兼顾两者的特性。

从广义上讲陶瓷与金属材料的连接_「艺最早起源于十五世纪我国明代景泰蓝制作,到十九世纪八十年代西方出现电气陶瓷金属化专利,牢固的连接技术始于二十世纪三十年代,当时德国首先研制成功了一种陶瓷金属化工艺并应用到电子管外壳的连接上。到五十年代初,由于活性金属法和M0--Mn金属化工艺的出现,连接技术才进入了迅速发展时期,连接工艺的成熟及连接机理研究的逐步深入,进一步促进了连接技术的发展。随着陶瓷材料的发展及工业应用的要求,相继出现了一些新的特殊连接工艺。

2、陶瓷--金属连接的方法

陶瓷--金属的连接发展到今天,已有很多连接方法,通常可分为三大类:焊接连接、机械连接、粘接连接。

(1)焊接连接

陶瓷的焊接根据母材的不同可以分为陶瓷一金属的焊接以及陶瓷一陶瓷的焊接。陶瓷一金属之间的焊接从一开始就成为人们研究的焦点,这缘于在一些研究计划中陶瓷件能取代部分不能满足工况条件(如高温、高应力)的金属零件。陶瓷一金属焊接连接方法主要有:

a)烧釉连接

烧釉连接是在空气中在陶瓷上烧结硅酸盐玻璃类物质,再在还原气氛下与金属焊接。等将玻璃釉经过火焰喷熔在管道内外壁形成一种无机非金属涂层,该涂层不老化、耐腐蚀,可极大提高喷瓷管道的使用寿命。采用氧气一石油液化气火焰在金属管道表面热喷涂玻璃釉涂层,利用焊接热模拟技术研究喷瓷管道近缝区瓷层的耐蚀性变化规律,控制热循环的峰值温度可以有效地控制瓷管道瓷层、界面及基体金属质量。但烧釉连接接头的釉层易龟裂,内应力集中。

b)烧结金属粉末法

在陶瓷表层涂覆金属粉末并烧结形成涂层,再用焊料对陶瓷与金属焊接,多用于电子元件陶瓷与金属的连接。

c)熔焊

熔焊方法有:激光焊、电子束焊、等离子弧焊、电弧焊等,目前主要研究激光熔焊和电子束焊。熔焊的优点是速度快、效率高,能够制造高温性能稳定的连接接头,但为了降低连接应力,防止裂纹的产生,必须采用辅助热源进行预热和缓冷,且工艺参数难以控制,设备投资高,目前仍处于尝试阶段,它的应用受到很多的限制。例如,陶瓷很难熔化,它们的熔点通常比金属高得多,有一些则在熔化之前就分解了,其次,能够熔化焊接的陶瓷与金属组合是非常有限的,因为不仅要求被焊的金属和陶瓷,而且要求熔池中形成的复杂材料在熔点和热收缩特性上都要达到非常理想的匹配,这种相似性在实践中是很难达到的。

d)摩擦焊

是使两焊件相对旋转并加压摩擦,待金属表面加热至塑性状态后停转,施加较大的顶锻力使焊件连接。接头处既有机械结合又有化学键结合。摩擦焊广泛用于同类和异种金属的连接,对不同类材料,如陶瓷与金属的摩擦焊尚属起步阶段,该法仅限于圆棒、管件等的焊接。

e)微波焊接

微波加热不同于传统的加热技术,其热量来自于材料对微波的吸收,这种内部的、局部的加热方式优点是无论小工件和大工件都可以被快速均匀地加热。因此,微波工艺用于连接有如下优点:与传统工艺相比,可以用中等的功率快速加热;在连接区域局部加热;不同材料对微波的吸收率不同,对材料的加热有选择性;可在线控制。作为一种新的焊接工艺,微波焊接尚在发展阶段。

(2)机械连接

机械连接是一种借助结构设计的方法,利用机械手段(如锚、夹等)实现金属--陶瓷的连接,有螺栓连接和热套连接两种。热套连接是利用热胀冷缩的原理进行连接,但连接所产生夹持应力常会产生严重的应力集中。机械连接由于方便己在部分增压转子与金属的连接中应用,但机械连接中的热套连接法不能用在高温场合。机械连接的接头应力集中,因而使用范围有限。

(3)粘接连接

粘接是以适宜的胶粘剂,采用适当的接头形式和合理的粘接工艺,将材质、形状、大小、厚度以及硬度相同或不同的两个或多个构件(或材料),结合成为一个连续、牢固、稳定的整体的一种连接方法。粘接过程一般包括表面处理、涂胶、合拢、固化等基本环节。粘接时,先将胶粘剂涂敷在被粘物表面上,并浸润表面;尔后胶粘剂经过链段、大分子漫流、流变、扩散,与被粘物紧密结合。若胶粘剂层与被粘物表面的距离小于5nm,则会相互吸引形成氢键、范德华力、共价键、配价键、离子键等,加上渗入孔隙中胶粘剂,固化后产生机械嵌合获得牢固的粘接。粘接在迄今所有连接(包括焊接、铆接、螺纹连接、嵌接和粘接)技术中,历史最为悠久,且在很多方面优于其他方法。随着科学的进步,粘接技术早己渗透到国民经济体系中的各行各业。然而,传统的粘接技术己无法满足各行各业进一步发展的要求,近年来越来越多的特种粘接技术如雨后春笋般不断涌现,在较大程度上取代了传统的粘接技术,并解决了焊接、铆接、螺栓连接、过盈配合、键桥固定、机械加固、红套、热压定型、热处理、表面处理等许多传统技术不能或不易解决的许多难题,降低了成本,提高了效率,使得特种粘接技术具有了很强的生命力。根据某些特殊需要,还可以进行混合连接,如粘接-焊接、粘接-铆接和粘接-螺纹联接等方式。同时,粘接具有固化速度快,使用温度范围宽、抗老化性好等特点。采用粘接连接,界面作用为物理力、化学键,残余应力小。粘接连接金属与陶瓷已泛应用于航空航天、电子、汽车、机械制造等高技术领域。澳大利亚和美国自20世纪70年代以来就采用复合材料部片对损伤的匕机结构进行胶接修理,目前已经成功地应用到了多种飞机上。粘接技术用在陶瓷--金属连接上具有工艺简单、效率高和成型性能好的特点,正越来越受到航空坛行器制造业的关注。

3、陶瓷--金属连接存在的主要问题研究

陶瓷与金属是两类性质不同的材料,相互结合时在界面上存在着化学及物理性能的差异,特别是化学键差异较大,加之陶瓷材料本身特殊的物理化学性能,所以无论是与金属连接还是与陶瓷本身的连接都存在不少的特点与难点,采用常规的焊接方法很难实现有效的连接,因此,实现陶瓷一金属之间的可靠连接是陶瓷材料能够发挥作用的关键。

a)它们的结品结构不同,陶瓷是金属和非金属元素的固体化合物,与金属有相似之处,也有品粒聚集体及晶粒和品界,但它与金属有本质上的不同,导致熔点极不相同;

b)陶瓷不含大量的白由电子,而是以离子键、共价键或两者的混合键结合在一起,稳定性很高,品体的强大键能使元素扩散极困难,致使金属对陶瓷的润湿性很差,两种材料的相容性很差;

陶瓷颜料范文第5篇

关键词:石英陶瓷;延迟断裂;保载;裂纹扩展

1 前言

石英陶瓷是一种以石英玻璃碎料为原料,采用陶瓷材料制备工艺生产的一种非晶态材料。其制品广泛应用于玻璃、冶金和航空航天等领域。石英陶瓷在航天领域最多的应用是制作导弹天线罩,其主要优点包括:良好的抗热冲击性能、低而稳定的介电常数和损耗角正切、在高温下很好的强度稳定性、制造工艺简单、成本低廉等。

根据陶瓷材料的微裂纹理论,陶瓷材料的延迟破坏是由于材料中的裂纹在外加载荷和周围环境的共同作用下,以亚临界值扩展到临界值而引起的。延迟破坏时间就是裂纹扩展所需的时间。石英陶瓷导弹天线罩产品在验收过程中必须经历冲压筛选试验,在天线罩内部充入一定气压并保持一定时间后泄压,以筛选出不合格产品。但是,该充压压力对天线罩罩体强度的影响尚未见文献报道。导弹天线罩在导弹飞行过程中一直承受各种应力,因此,对石英陶瓷天线罩材料的延迟破坏特性进行研究是非常必要的。

2 实验条件

将石英陶瓷块体材料切割、打磨成尺寸5×5×50mm 的条状试样,然后对试样的受拉面进行抛光,将受拉面的 2 条棱边倒角 45°。在室温条件下,在材料力学试验机(Instron 5566 万能试验机)上进行保载试验和三点弯曲试验,跨距 40 mm,加载速度 0.5 mm/min。保载试验方法指给试样加载一定载荷并保持该载荷一定时间后泄压。

3 实验过程、结果与讨论

3.1保载试验

本试验中,通过对石英陶瓷材料施加一定载荷,并保持该载荷一定时间后,测试材料的裂纹扩展时间。由于导弹的飞行时间一般比较短,我们选择的最长保载时间设定为300s。根据以往的实验记录,弯曲强度测试时,石英陶瓷天线罩材料正常的断裂载荷大部分在100~110N(对应的强度为50MPa以上)。本试验选择在低于100N的多个不同载荷下进行保载实验。

试验方案:随机抽取30件石英陶瓷天线罩罩体,在每个罩体的大口端取样本数48根,试样尺寸为5550mm,作为一组,共30组。保载载荷分别定为90N、80N、70N、60N和50N,最长保载时间为300s。

表1是30组样品在保载试验中有样品在保载过程中出现试样断裂的情况,其余样品在保载试验过程中没有发生断裂。从表中数据可以看出,在90N、80N和70N的载荷下进行保载的试样,断裂的试样较多。随着保载压力降低,发生断裂的样品数量明显减少。60N和50N的载荷,分别进行了11组试样的保载试验,每个载荷下分别只有两组试样有断裂,断裂的试样根数也很少,断裂试样情况见表1。

陶瓷材料作为一种脆性材料,它的断裂破坏主要是一种强度控制的现象。当材料受载后,随着受载时间的延长,激活了材料中已存在的微裂纹,导致裂纹慢速扩展,从而引起材料破坏。因此,裂纹慢扩展对材料的强度及寿命有着重要的影响。

根据原子间结合力推导出的材料理论强度:?滓th=■,式中:E为弹性模量,a为平衡时的原子间距,?酌s为表面能。表面能可近似地表示为:?酌s=Ea/20,那么:?滓th≈E/5~E/10。但实际材料的强度只有理论强度的1/10~1/100。为此,1920年格里菲斯提出了脆性断裂理论,该理论认为,材料内部存在原始裂纹,当材料受力时,在裂纹的尖角处产生应力集中,如果尖角处的应力超过材料的理论强度时,裂纹就迅速扩展,最后导致材料断裂。

石英陶瓷材料试样在受载过程中,随着受载时间的延长,对于在试样中已存在的微裂纹,载荷会导致裂纹慢速扩展,当裂纹尖端处的应力超过材料的理论强度,那么裂纹会迅速扩展,最终试样断裂。在裂纹受力慢速扩展的过程中,由于试样强度的差异,断裂时间是有延迟的,所以会有不同的断裂时间。也就是说,在保载过程中,裂纹尖角处所受的应力只要没有达到试样的理论强度,那么试样不会出现断裂。

3.2保载试验对石英陶瓷强度的影响

为了研究石英陶瓷天线罩材料在承受某一低于其断裂强度的恒定应力作用后材料强度的变化,我们通过三点弯曲试验测试了22组经50N、60N保载后未断裂试样的强度,在22组试样对应的天线罩罩体大口端按照3.1的相同取样方法取样,每组同样取48根,进行三点弯曲试验,测得的强度平均值作为保载前强度值。

表2为22组试样经50N、60N保载前和保载后测试的强度变化(图1是强度变化的分布图)。从表2和图1可以看出:经50N、60N保载后,石英陶瓷材料强度值没有发生下降趋势,也就是说,在低于材料断裂强度50%左右的载荷下进行保载试验,在300s的保载时间内,石英陶瓷材料试样内部裂纹没有产生明显的裂纹扩展现象,所以,我们认为50N~60N对于石英陶瓷天线罩材料是相对安全的保载载荷(对应抗弯强度测试断裂载荷的45~50%)。该试验结果为石英陶瓷导弹天线罩的压力筛选试验提供了实验基础。

4结论

(1) 石英陶瓷材料试样在低于其断裂强度的恒定载荷作用下,随着受载时间的延长,对于在试样中已存在的微裂纹,载荷会导致裂纹慢速扩展,裂纹扩展速度与载荷大小密切相关,载荷越大,裂纹扩展速度越快;

(2) 在低于材料断裂强度约50%左右的载荷下进行保载试验,在300s的保载时间内,石英陶瓷材料试样内部裂纹没有产生明显的裂纹扩展现象。

(3) 用石英陶瓷材料制作的天线罩,外力低于60N时对于石英陶瓷天线罩材料是相对安全的保载载荷。

参考文献

[1] 孟兆强,郭中一.石英陶瓷弯曲强度的Weibull统计分析[J].稀有

金属材料与工程,2009(38):1178-1180.

[2] 施平,贾艳敏.工程陶瓷零件的可靠性分析[J].试验技术与试验

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[3] 施平,杜善义.工程陶瓷材料的可靠性及其在宇航中的应用[J].

宇航材料工艺,1989(3):8-11.

[4] 龚江宏.陶瓷材料断裂力学[M].清华大学出版社.