凝胶注模成型制备致密锆英石耐火材料

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1、凝胶注模成型制备致密锆英石耐火材料Preparationofdensezirconrefractorybygelcasting领域：材料工程研究生：贵炳强指导教师：杨德安教授企业导师：徐思沛高级工程师天津大学材料科学与工程学院二零一五年十二月摘要本论文主要研究了致密锆英石(ZrSiO4)耐火材料的凝胶注模成型工艺。本实验以平均粒径分别为1.2μm和5.5μm的两种锆英石粉体为原料，以TiO2为烧结助剂，采用了两种有机体系，分别为目前广泛应用的丙烯酰胺（AM/MBAM）体系和低毒性、无氧阻聚的环氧树脂体系，并使用AN-2

2、000作为分散剂。对AM/MBAM体系的主要研究内容有：（1）以获得高固含量低黏度浆料为目的，研究了Zeta电位、pH值、分散剂添加量、颗粒级配和球磨工艺对锆英石浆料黏度的影响，并在pH=9、分散剂添加量为0.2wt%（对细粉）、细颗粒比例为60wt%、球磨转速为750r/min、球磨时间6h的条件下得到最高固含量为61vol%，黏度约为370mPa·s（剪切速率为350s-1）的锆英石浆料；（2）研究了颗粒级配和固含量对生坯性能的影响，并在细颗粒比例为60wt%，固含量为56vol%条件下得到相对密度65.95%，最

3、高抗弯强度为52.58MPa的生坯；（3）研究了颗粒级配和固含量对烧结体性能的影响，在细颗粒比例为80wt%，固含量为56vol%的条件下，经1550oC保温2h后得到相对密度95.06%，显气孔率0.28%，最高强度174.73MPa的锆英石烧结体。对环氧树脂体系的主要研究内容有：（1）研究了pH值、分散剂添加量以及树脂含量对锆英石浆料黏度的影响，并在pH=9，分散剂添加量为0.2wt%，树脂含量为15wt%的条件下，使用粒径为1.2μm的细粉，得到最高固含量为57vol%，黏度约为210mPa·s（剪切速率为350

4、s-1）的锆英石浆料；（2）为获得高性能生坯，研究了固化工艺和固含量对生坯性能的影响，并在固化剂添加量为0.35mol/eq，固化温度40oC，固化时间30min，固含量为56vol%的条件下得到相对密度65.13%，最高强度为46.74MPa的锆英石生坯。生坯形态完整，无氧阻聚现象。关键词：锆英石，凝胶注模，丙烯酰胺，环氧树脂，颗粒级配，固相含量ABSTRACTInthispaper,gelcastingofdensezircon(ZrSiO4)refractorywasstudied.Twotypesofzirco

5、npowderswithmeanparticlesizeof1.2and5.5μmwereusedasrawmaterialsandTiO2wasusedassinteringaid.Thewidelyusedacrylamide(AM/MBAM)systemandthelowtoxic,surfacespallation-freeepoxyresinsystemwerestudied,respectively.AN-2000wasselectedasthedispersant.Thefollowingaspectsw

6、ereinvestigatedforAM/MBAMsystems:(1)Effectsofzetapotential,pHvalue,concentrationofdispersant,particlesizedistribution(PSD)andmillingprocessonviscosityofzirconsuspensionwerestudiedinordertopreparehighsolidloadingsuspensionwithlowviscosity.Suspensionwithamaximumso

7、lidloadingof61vol%andaviscosityof370mPa·s(atshearrateof350s-1)wasobtainedwhenpH=9,dispersantcontentwas0.2wt%(forfinepowder),finepowderratiowas60wt%,millingrpm=750r/minandmilltimewas6h.(2)EffectsofPSDandsolidloadingongreenpropertieswerestudied.Whenfinepowderratio

8、was60wt%andsolidloadingwas56vol%,greenbodieswithamaximumflexuralstrengthof52.58MPaandrelativedensityof65.95%wereprepared.(3)EffectsofPSDandsolidloadingonpropertiesofs