水溶性粘接劑氧化鋯粉末注射成形喂料的研究

楊蘇圓，吳 盾，劉春林，曹 崢,3，成駿峰,4

(1．常州大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 常州 213164；2．常州大學(xué) 懷德學(xué)院，江蘇 靖江 214500；3．江蘇省環(huán)境友好高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(常州大學(xué))，江蘇 常州213164；4．江蘇省光伏科學(xué)與工程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 常州 213164)

氧化鋯(ZrO2)作為一種具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性，且耐鹽酸和硫酸腐蝕的陶瓷材料，在燃?xì)廨啓C(jī)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、特種刀具、耐火材料、結(jié)構(gòu)陶瓷以及醫(yī)療等耐磨、耐腐蝕、耐高溫、生物相容性器件中得到廣泛應(yīng)用[1-3].目前，ZrO2材料的生產(chǎn)方式主要包括流延成型、注漿成型[4]、凝膠注模成型[5]和粉末注射成形[6-8]等.王亞麗等[9]采用水溶性環(huán)氧樹(shù)脂凝膠注模無(wú)壓燒結(jié)得到ZrO2，彎曲強(qiáng)度達(dá)到672 MPa.李承亮等[10]通過(guò)凝膠注模方法制備ZrO2陶瓷微球，得到球體尺寸分布均勻的陶瓷球體，但這種生產(chǎn)方式在凝膠漿料中易產(chǎn)生氣泡，干燥時(shí)坯體又易開(kāi)裂，對(duì)工藝要求嚴(yán)格.劉曉光等[11]通過(guò)注漿成型方式在ZrO2漿料中加入穩(wěn)定劑，使?jié){料穩(wěn)定區(qū)域變寬，流動(dòng)性變好，然而注漿成型工藝對(duì)漿料中電解質(zhì)濃度、pH值和漿料穩(wěn)定性要求較高，不適合連續(xù)化、機(jī)械化生產(chǎn).陶瓷注射成形(CIM)技術(shù)是一種近凈成型技術(shù)，無(wú)需過(guò)多機(jī)械加工，產(chǎn)品尺寸精度高，適用于生產(chǎn)小型、復(fù)雜零部件，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化.高建成等[12]采用CIM技術(shù)，通過(guò)在有機(jī)溶劑三氯甲烷中脫除石蠟，燒結(jié)制得相對(duì)密度高達(dá)98.5%的ZrO2，然而三氯甲烷對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染不容忽視.張麗莉等[13]雖采用低毒性的煤油作為有機(jī)溶劑，但是脫脂階段6 h后石蠟脫除率只有60%左右，所需生產(chǎn)工藝時(shí)間較長(zhǎng)，因此，合理的粘接劑體系對(duì)CIM生產(chǎn)至關(guān)重要.

陶瓷注射成形中常用到的粘接劑體系[14-15]主要分為石蠟基、聚甲醛催化脫脂體系和聚乙二醇水基等體系.石蠟基體系一般需要熱脫脂或者溶劑脫脂工藝，熱脫脂所需時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)零件有尺寸限制，采用正庚烷等有機(jī)溶劑脫脂則會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染.Liu等[16]在石蠟基礎(chǔ)上采用蜂蠟，喂料具有更好的流動(dòng)性，注射成形得到尺寸200 μm的齒輪并燒結(jié)成形.聚甲醛催化脫脂所需設(shè)備昂貴，對(duì)操作人員要求較高.聚乙二醇水基粘接劑體系對(duì)設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn)單，減少了對(duì)環(huán)境污染，更具環(huán)保性.楊現(xiàn)鋒等[17]采用PEG水基粘接劑體系，6 h后坯體在去離子水中脫脂率就達(dá)到80%.但是，由于陶瓷粉體表面多羥基，與有機(jī)粘接劑的親和力較差，聚乙二醇粘接劑在喂料中易發(fā)生粘接劑偏析，從而引起喂料成分不均勻等問(wèn)題.近年來(lái)，對(duì)陶瓷粉體表面改性[18-20]的提出為這一問(wèn)題的解決提供了參考.賈翠等[21]利用鈦酸酯的烷氧基與ZrO2粉體表面羥基的偶聯(lián)反應(yīng)，改善了粘接劑與粉體的相容性.Liu等[22]用鈦酸酯處理氧化鋯粉末后，不僅改善專(zhuān)用料流動(dòng)性，同時(shí)使燒結(jié)溫度降低，促進(jìn)了致密化進(jìn)程.

本文采用硬酯酸干法改性ZrO2粉末，設(shè)計(jì)PEG/PVB /POM粘接劑體系，調(diào)整不同粉末裝載量和粘接劑各組分不同配比分析其對(duì)注射成形喂料黏度、脫脂速率等性能的影響，開(kāi)發(fā)一種適合CIM技術(shù)生產(chǎn)應(yīng)用的環(huán)保型粘接劑體系.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

氧化鋯(Y2O3-ZrO2，Y2O3摩爾分?jǐn)?shù)為3%)粉末，粒徑D50為0.4 μm，南京明善新材料科技有限公司；聚乙二醇(PEG1500)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；聚乙烯醇縮丁醛(PVB)航空級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硬脂酸(SA)，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；乙撐雙硬脂酰胺(EBS)，常州可賽成功塑膠有限公司.

硬脂酸改性ZrO2粉末的制備：稱(chēng)取ZrO2粉末和質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的硬酯酸，在120 ℃下高速分散機(jī)中高速混合10 min，得到硬脂酸改性ZrO2粉末，粉末冷卻備用.

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

水溶性粘接劑氧化鋯粉末注射成形喂料的制備過(guò)程如下：按照不同粉末裝載量、不同粘接劑配比稱(chēng)量硬脂酸改性ZrO2粉末、各組分粘接劑和各種助劑，混合加入到密煉機(jī)中混練、造粒，得到注射成形喂料；混煉溫度為175 ℃，轉(zhuǎn)速為50 r/min.

圖1 試樣制備流程

注射成形生坯的制備及脫脂燒結(jié)過(guò)程如下：使用FT-400型立式注射機(jī)制備長(zhǎng)條狀生坯，樣條尺寸為50 mm×13 mm×3 mm，生坯置于40 ℃去離子水中水脫脂4 h后，烘箱60 ℃溫度下干燥12 h至恒重，干燥后生坯移入馬弗爐中，升溫速率2 ℃/min由室溫升至550 ℃并保溫120 min，后5 ℃/min從550 ℃升溫至1 450 ℃并保溫120 min，最后燒結(jié)試樣隨爐冷卻.

1.3 樣品表征

采用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)硬脂酸改性前后氧化鋯粉末表面基團(tuán)變化進(jìn)行分析；使用德國(guó)安東帕公司MCR 301旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量專(zhuān)用料的流變性，測(cè)試溫度180 ℃；深圳三思縱橫科技公司MTM 1000-A1熔體流動(dòng)速率試驗(yàn)機(jī)測(cè)試專(zhuān)用料的熔體流動(dòng)速率，測(cè)試溫度180 ℃，載荷2.16 kg；40 ℃去離子水中對(duì)試樣進(jìn)行水脫脂，每隔1 h取出部分樣品干燥、測(cè)量，計(jì)算水脫脂率；利用WDT-5型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試坯體的抗彎強(qiáng)度，按照陶瓷標(biāo)準(zhǔn)彎曲試驗(yàn)方法，載具加載速率為0.5 mm/min，樣條尺寸50 mm(長(zhǎng))×13 mm(寬)×3 mm(厚)；生坯脫脂前后斷面形貌及陶瓷表面由JSM-6510掃描電子顯微鏡觀察；使用阿基米德排水法測(cè)量燒結(jié)陶瓷密度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取5個(gè)試樣平均值；陶瓷硬度通過(guò)HXD-1000TMC/LC轉(zhuǎn)塔式顯微硬度儀測(cè)量，測(cè)試試樣表面經(jīng)過(guò)2000#砂紙打磨、拋光，其中載荷1 kg，保壓時(shí)間15 s；使用日本Rigaku 公司D/max-2500/PC X射線衍射儀對(duì)燒結(jié)試樣進(jìn)行晶型鑒定和分析，掃描范圍為10°～80°，速度為4 (°)/min，步進(jìn)為0.02°.

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化鋯改性紅外表征

圖2是硬脂酸改性ZrO2粉末的紅外譜圖，圖中a、b、c曲線分別表示ZrO2粉末、硬脂酸改性ZrO2粉末、以及硬脂酸的紅外譜圖.a曲線中，3 437 cm-1處對(duì)應(yīng)羥基振動(dòng)峰，502 cm-1為ZrO2的特殊吸收峰，大量羥基峰的存在為硬酯酸表面活化ZrO2提供條件.b曲線1 470 cm-1處出現(xiàn)新的特征吸收峰，對(duì)應(yīng)CH2的剪式彎曲振動(dòng)峰，并且與c曲線硬酯酸紅外吸收譜相比較，羰基伸縮振動(dòng)峰從1 704 cm-1移動(dòng)到1 568 cm-1處，表明與羰基相連基團(tuán)在粉體表面改性后與羥基發(fā)生反應(yīng)，生成羧酸鹽產(chǎn)物.這證明ZrO2表面的羥基與硬酯酸的羰基發(fā)生酯化反應(yīng)，硬脂酸成功包覆在ZrO2粉末表面.

圖3顯示了相同粉末裝載量下ZrO2粉末改性前后喂料的流變性能.2種喂料的黏度均隨著剪切速率的增加而降低，呈現(xiàn)明顯的假塑性流體特型，粉末改性后喂料黏度明顯下降.因?yàn)楦男院蟮腪rO2粉末與粘接劑的相容性和潤(rùn)濕性增加，在粘接劑中的分散更加均勻，粉末團(tuán)聚被打破，粘接劑均勻包裹粉末，減少顆粒之間相互摩擦作用，同時(shí)ZrO2表面包覆的硬脂酸可以起到很好的內(nèi)潤(rùn)滑作用，從而改善喂料的黏度，更加適合粉末注射成形使用.

圖2 硬酯酸改性氧化鋯紅外譜圖

Fig.2 Infrared absorption spectrum of modified zirconia by stearic acid

圖3 改性前后喂料流變性能

Fig.3 Rheological properties of feedstock from the pure zirconia and modified zirconia

2.2 不同粉末裝載量對(duì)喂料性能影響

粉末注射成形時(shí)，充模是黏滯的流體進(jìn)入模腔，這關(guān)系到喂料流變學(xué)的特征，其中黏度可以較為直觀地反應(yīng)喂料的流變性.通過(guò)熔體流動(dòng)速率來(lái)體現(xiàn)喂料流動(dòng)性的好壞，圖4為熔體流動(dòng)速率與粉末裝載量之間的關(guān)系曲線，可以看出：在相同的載荷壓力作用下，體積分?jǐn)?shù)50%和52%粉末裝載量的喂料MFR值較高，粘接劑充分填充顆粒間間隙，喂料表現(xiàn)出較好的流動(dòng)性和成形性，但是較低的粉末裝載量在脫脂時(shí)會(huì)導(dǎo)致生坯開(kāi)裂、變形，燒結(jié)時(shí)產(chǎn)品收縮嚴(yán)重，致密性較差；當(dāng)粉末裝載量(體積分?jǐn)?shù))達(dá)到54%時(shí)，熔體流動(dòng)速率出現(xiàn)驟減，黏度的快速變化表明此時(shí)粉末裝載量接近臨界粉末裝載量水平，顆粒之間緊密接觸，遷移能較大使喂料穩(wěn)定性急劇下降，黏度增大，混合物流動(dòng)性明顯下降，此時(shí)喂料已經(jīng)不適合注射成形使用.

圖4 熔體流動(dòng)速率與粉末裝載量(體積分?jǐn)?shù))的關(guān)系曲線

Fig.4 Relationship between melt flow rate and powder loading (volume fraction)

圖5顯示不同粉末裝載量下喂料的流變性能.隨著剪切速率的增加，喂料的黏度逐漸降低，呈現(xiàn)假塑性流體的特性.并且隨著裝載量的提高，喂料的黏度增加，這是因?yàn)榉勰┰蕉?，用?lái)包裹粉末的聚合物更多，降低體系黏度的聚合物就會(huì)減少，導(dǎo)致黏度的增加，當(dāng)裝載量(體積分?jǐn)?shù))達(dá)到54%和56%后，喂料的黏度變化不大，此時(shí)喂料處于臨界粉末裝載量附近.混合物在臨界值附近黏度的變化往往很大，當(dāng)粘接劑過(guò)多，顆粒周?chē)淮罅空辰觿┌?，粉末運(yùn)動(dòng)時(shí)遷移能小，喂料流動(dòng)性能好，但是注射成形時(shí)，多余的粘接劑會(huì)與粉末分離，導(dǎo)致成分不均勻；隨著粉末裝載量增加達(dá)到臨界裝載量，粉末與粉末相互緊密接觸，顆粒處于緊密堆垛狀態(tài)，喂料具有低粘滯性，良好的顆粒接觸保證坯體形狀不變；當(dāng)裝載量過(guò)大，太少的粘接劑會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的黏度和孔隙，粘接劑對(duì)顆粒的潤(rùn)滑作用不明顯，黏度較高而變化較小，成形困難.但是，考慮到喂料的穩(wěn)定性，最佳的喂料所含的粘接劑要比臨界時(shí)多，采用體積分?jǐn)?shù)52%作為粉末裝載量較為合適.

注射成形生坯在水溶液中的脫脂率隨時(shí)間變化曲線如圖6所示.由圖6可以看出，隨著脫脂時(shí)間的增加，不同裝載量增加，而脫脂速率存在差異.因?yàn)镻EG在生坯中的脫除過(guò)程是從外到內(nèi)逐步進(jìn)行，隨時(shí)間的增加，外部PEG脫出逐漸形成內(nèi)部通道，脫脂率逐漸升高.在裝載量較低情況下，大量粘接劑分布在粉末周?chē)苄訮EG在生坯表面脫除后，形成大量?jī)?nèi)部孔道有利于深層處的PEG快速脫除，但是由于PEG的大量流失，原先包裹在粘接劑中的顆粒會(huì)發(fā)生移動(dòng)，一部分水脫脂生坯發(fā)生變形、凹陷.當(dāng)裝載量過(guò)高，有機(jī)粘接劑不能有效包裹粉末，導(dǎo)致組分分布不均勻，表層PEG脫除后不能在內(nèi)部形成連續(xù)的脫脂通道，脫脂速率下降；另一部分原因是PEG被高分子量聚合物包裹，即使再長(zhǎng)的時(shí)間也不能脫除，導(dǎo)致生坯出現(xiàn)鼓包、開(kāi)裂.綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)選用體積分?jǐn)?shù)52%作為最佳粉末裝載量.

圖5 不同粉末裝載量(體積分?jǐn)?shù))對(duì)喂料流變性能影響

Fig.5 Effect of different powder loadings (volume fraction) on feed rheological properties

圖6 40 ℃下不同粉末裝載量(體積分?jǐn)?shù))時(shí)生坯脫脂率隨時(shí)間的變化曲線

Fig.6 Degreasing rate of green body with time at different powder loadings (volume fraction) at 40 ℃

2.3 不同粘接劑配比對(duì)喂料性能影響

粘接劑的關(guān)鍵作用是提供喂料的流動(dòng)性和在后續(xù)的脫脂階段生坯保形.粉末注射成形工藝要求粘接劑能夠潤(rùn)濕粉末表面，本實(shí)驗(yàn)采用PEG-POM-PVB水溶性組分粘接劑，PEG在降低黏度的同時(shí)，脫脂階段也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；POM分子量較小，黏度低，強(qiáng)度高，較少的含量就能維持坯體形狀，并且具有自潤(rùn)滑作用；PVB具有較好流動(dòng)性、粉末潤(rùn)濕性，主鏈上的氫鍵可以賦予生坯較好的強(qiáng)度.不同粘接劑配比的實(shí)驗(yàn)均采用前文確定的52%體積分?jǐn)?shù)的粉末裝載量.

當(dāng)粘接劑中w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶1∶3時(shí)，PVB含量較多，理論上PVB的增加應(yīng)該提高喂料的流動(dòng)性，但由于PVB與無(wú)機(jī)粉末的粘結(jié)性?xún)?yōu)異，導(dǎo)致黏度增加.圖7中，當(dāng)w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶3∶1時(shí)，此時(shí)喂料的黏度依然較高，由于 POM與粉末的粘結(jié)性較差，其含量較大時(shí)，整個(gè)粘接劑體系不能對(duì)粉末起到很好的潤(rùn)濕包覆作用，從而無(wú)機(jī)粉末間會(huì)互相干涉導(dǎo)致體系黏度上升.當(dāng)w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶2∶2時(shí)，此時(shí)黏度最低，粉末在粘接劑中分散均勻，充分包裹在粘接劑中，合理的粘接劑配比減少聚合物的團(tuán)聚又保證喂料良好的流動(dòng)性.

圖7 不同粘接劑配比對(duì)喂料流變性影響

Fig.7 Rheological properties of feedstock with different binder ratios

通過(guò)測(cè)量不同粘接劑配比生坯的彎曲強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，粘接劑的不同配比對(duì)生坯的抗彎強(qiáng)度影響較大，具體數(shù)據(jù)如圖8所示.當(dāng)粘接劑配比為w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶1∶3時(shí)，此時(shí)生坯強(qiáng)度最高，這是因?yàn)镻VB有極強(qiáng)的粉末潤(rùn)濕粘結(jié)性，其含量增多可以使得喂料中有機(jī)與無(wú)機(jī)成分結(jié)合度高，從而整體強(qiáng)度較高，但PVB含量較多，會(huì)造成喂料黏度增大，流動(dòng)性大幅降低，影響注射成形喂料的后續(xù)使用.當(dāng)粘接劑配比為w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶3∶1時(shí)，生坯強(qiáng)度最差.這是因?yàn)镻OM含量雖然較高，但其與粉末的粘結(jié)性不佳，隨著含量增多，生坯內(nèi)部組織不連續(xù)，易產(chǎn)生閉氣孔，從而大大降低生坯的彎曲強(qiáng)度.當(dāng)粘接劑配比w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶2∶2時(shí)，生坯強(qiáng)度居中，PVB潤(rùn)濕粉末增強(qiáng)了與粉末的粘結(jié)性，POM形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)貫穿其中，有效承載作用力，既保證了坯體的彎曲強(qiáng)度，又確保了喂料的流動(dòng)性能.

不同粘接劑配比下水脫脂率曲線如圖9所示，可以看出：水脫脂在40 ℃離子水中脫脂6 h后，粘接劑配比為w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶2∶2的喂料脫脂率達(dá)到80%；而配比w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶1∶3的喂料，在脫脂4 h后脫脂率就一直維持在60%左右.這是因?yàn)楫?dāng)w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶2∶2時(shí)，粘接劑中各組分分散均勻，起到骨架粘接劑作用的有機(jī)聚合物直接連接相鄰粉末形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，水溶性組分PEG分散其中，在表層PEG脫除后產(chǎn)生高濃度梯度，使內(nèi)部的PEG組分可以借助細(xì)小孔道的毛細(xì)管力作用快速脫除，而剩余的有機(jī)聚合物繼續(xù)起到保形作用；配比w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶1∶3中，較多的PVB使喂料的黏度增大，同時(shí)導(dǎo)致成分偏析，PVB側(cè)鏈上的羥基與PEG的羥基之間形成氫鍵，增大分子間作用力，當(dāng)作用力大于水脫脂毛細(xì)管力作用時(shí)，減緩PEG的脫除速率，而部分PEG由于被高分子量聚合物包裹隔斷與去離子水的接觸，即使再長(zhǎng)時(shí)間也不能脫出，從而脫脂率降低.

圖8 不同粘接劑配比下生坯的抗彎強(qiáng)度

Fig.8 Bending strength of green body by different proportions of binder

圖9 不同粘接劑配比下水脫脂率曲線

Fig.9 Curves of water debinding rate with different binder ratios

圖10是不同粘接劑配比下生坯及脫脂坯斷面的SEM照片.當(dāng)粘接劑中w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶1∶3或者w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶3∶1時(shí)，坯體中聚合物成分都有不同程度的團(tuán)聚， 且脫脂后明顯看到聚合物存在成分偏析現(xiàn)象，水脫脂后形成的孔道大小不均.w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶1∶3的配比喂料由于高的PVB含量，喂料流動(dòng)性差，PVB聚集成塊，水脫脂后很難形成均一、連續(xù)的脫脂孔道，脫脂率低.w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶3∶1喂料形成的脫脂孔道明顯且脫脂率較高，但是由于POM與粉末相容性差而使喂料的黏度較高，分布不均的PEG脫出后形成的不規(guī)則孔道也會(huì)對(duì)燒結(jié)致密度帶來(lái)不利影響.w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶2∶2的生坯注射均勻，PEG脫脂后產(chǎn)生的細(xì)小孔道有利于后續(xù)的熱脫脂以及快速燒結(jié)，保形粘接劑分散其中繼續(xù)起到生坯保形作用.SEM照片直觀地說(shuō)明了粘接劑不同配比對(duì)生坯水脫脂率以及喂料流變性的影響，證明粘接劑的配比在w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶2∶2時(shí)，可以制備成分均一、性能良好的喂料.

2.4 燒結(jié)性能

圖11為注射成形生坯經(jīng)1 450 ℃、2 h燒結(jié)所得ZrO2陶瓷燒結(jié)體的XRD譜圖.譜圖中出現(xiàn)的衍射峰與四方相JCPDS83-0113標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)衍射峰(2θ=34.608°、35.219°、50.208°、62.809°、73.010°、74.465°)相對(duì)應(yīng)，燒結(jié)后ZrO2晶型主要由四方相(t)組成.圖12所示為ZrO2陶瓷燒結(jié)體顯微組織的SEM照片，可以看出，燒結(jié)后的陶瓷材料晶粒生長(zhǎng)完善，近似球形，尺寸飽滿(mǎn)且均勻，使用 Nano Measurer 軟件分析晶粒尺寸為1 μm左右.

實(shí)驗(yàn)通過(guò)陶瓷粉末注射成形得到的生坯燒結(jié)后性能，與黃慧等[23]文獻(xiàn)報(bào)道中通過(guò)傳統(tǒng)模壓和無(wú)壓燒結(jié)制備的ZrO2材料性能比較見(jiàn)表1.表明本研究所開(kāi)發(fā)的粘接劑體系通過(guò)陶瓷粉末注射成型的方式可以生產(chǎn)致密度好、硬度高的ZrO2產(chǎn)品，達(dá)到市場(chǎng)所售ZrO2陶瓷的性能.同時(shí)，本研究可通過(guò)注射成型復(fù)雜零部件，且生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定性好，具有好的市場(chǎng)推廣價(jià)值.

圖11 氧化鋯陶瓷XRD譜圖

圖12 燒結(jié)坯的SEM照片

表1 注射成形和模壓成型氧化鋯燒結(jié)性能比較

Table 1 Comparison of sintering zirconia properties between CIM and commercially available samples

SampleSinteredDensity/(g·cm-3)VickersHardness/(N·mm-2)Commerciallyavailable5.98～6.101100～1400CIM6.011147

3 結(jié) 論

1)硬酯酸通過(guò)羰基和氧化鋯表面的羥基結(jié)合，可以成功包覆其表面，明顯降低未包覆的氧化鋯粉末制備的粉末注射成形喂料的黏度.

2)采用聚乙二醇(PEG)-聚甲醛(POM)-聚乙烯醇縮丁醛(PVB)水溶性脫脂粘接劑體系，當(dāng)粉末裝載量(體積分?jǐn)?shù))為52%，粘接劑配比w(PEG)∶w(POM)∶w(PVB)=6∶2∶2時(shí)，專(zhuān)用料具有較低的黏度，注射生坯具有較高的生坯強(qiáng)度和較快的水脫脂率，生坯中組分分散均勻，水脫脂后形成均一、細(xì)小、連續(xù)的脫脂孔道.

3)注射成形生坯燒結(jié)所得氧化鋯陶瓷晶型結(jié)構(gòu)為四方相，相對(duì)密度達(dá)到98%，維氏硬度為1 147 HV.