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水溶性环氧树脂的氧化锆陶瓷凝胶注模成型

20世纪90年代初，美国国家重点实验室教授发明了陶瓷材料的凝胶注模(gel-casting)成型技术，该技术作为一种独具特色又极具前景的新型陶瓷成型工艺而受到广泛关注，能得到组织均匀、高密度、高强度和净尺寸的坯体材料。凝胶注模通常采用非水基和水基2种凝胶体系，出于绿色和环保的考虑，非水基凝胶体系已逐步被水基凝胶体系所取代。普遍使用的水基凝胶体系为丙烯酸酯体系和丙烯酰胺体系，而丙烯酸酯类单体在水中的溶解度偏低，丙烯酰胺凝胶体系毒性大，因此这2种体系都无法满足工业化应用的需求。

氧化锆陶瓷具有高强度、高硬度、高弹性模量和化学稳定性好等优良性能，在催化剂、高温固态燃料电池和耐火材料以及生物材料等方面都有广泛的应用前景。对ZrO2凝胶注模成型的研究以丙烯酰胺凝胶体系居多，而丙烯酰胺凝胶体系毒性大，并且ZrO2陶瓷粉末的分散性差，难以形成流动性较好的浆料。近年来，有人利用天然大分子在物理或化学变化时形成的凝胶进行陶瓷凝胶注模成型，如利用琼脂糖制备ZrO2陶瓷，利用明胶制备出强度为8 MPa的氧化铝陶瓷生坯，采用壳聚糖注凝成型氧化锆和氧化铝陶瓷，采用无毒的琼脂凝胶注模成型ZrO2陶瓷。

氧化锆陶瓷
有哪些CNC机床可以加工氧化锆陶瓷

上述方法得到的成型坯体强度均不高。采用菜胶注凝成型ZrO2陶瓷，固相的体积分数不到30%。将水溶性环氧树脂应用于ZrO2和SiC的凝胶浇筑成型，ZrO2浆料的固相体积分数高达53.7%。海因环氧树脂作为水溶性环氧树脂的一种，具有毒性低、成本低、水溶性好和强度高等优点，用于结构陶瓷的凝胶注模成型有较好的应用前景。

采用海因环氧树脂体系，获得强度高达43.4 MPa的氧化铝陶瓷生坯，采用相同体系制备出强度高达77.8 MPa的锆钛酸铅压电陶瓷。而利用海因环氧树脂制备氧化锆陶瓷的研究还很少，因此，本文选用低分子量的聚丙烯酸铵(NH4PAA)为分散剂，水溶性海因环氧树脂作为凝胶剂，3，3-二氨基二丙胺(DPTA)为固化剂，通过ZrO2－海因环氧树脂体系的凝胶注模成型及无压烧结制备氧化锆陶瓷，研究分散剂含量和固相含量对浆料的流变性能以及生坯与烧结样品性能的影响，对于采用无毒凝胶注模成型工艺制备性能优良的ZrO2陶瓷具有重要的指导意义。

结论

海因环氧树脂和分散剂NH4PAA以及去离子水和ZrO2粉末组成的浆料，当其中分散剂的质量分数为0.8%，海因环氧树脂质量分数为8%，固相体积分数为50%时，获得黏度为0.46 Pa/s (剪切速率为100s&minus1)的适合浇注的低粘度ZrO2陶瓷浆料。凝聚注模成型的ZrO2陶瓷生坯中颗粒之间结合紧密,结构均匀，致密性好，生坯强度达到61.05 MPa，完全满足机械加工的强度要求。

凝胶注模成型的ZrO2陶瓷生坯经1500 ℃烧结，制得的氧化锆陶瓷的抗弯强度达672.52 MPa，相对密度为98.26%，以t-ZrO2为主。