粘結劑對熱壓鑄成型用氧化鋁喂料的影響

武振飛 張弘毅 龐佳敏 陸麗芳

摘 ?要 ?本文中的氧化鋁喂料以石蠟基粘結劑為主要基體，研究了粘結劑的含量變化以及表面活性劑硬脂酸和蜂蠟的加入量對喂料的均勻性、流動性以及生坯強度的影響。結果表明，當粘結劑含量為14.16%時，喂料已經混合均勻;硬脂酸的加入可以改善喂料的流動性，而蜂蠟的加入會使喂料的流動性變差，但可以提高生坯的抗彎強度。

關鍵詞 ?氧化鋁喂料;粘結劑;流動性;生坯強度

0 ?引 ?言

熱壓鑄成型可以制備形狀復雜的陶瓷制品，產品尺寸精度高，后續加工量低，有些制品甚至不需要后續加工，是制作異形陶瓷制品的主要成型方式。而粘結劑是制備熱壓鑄成型用喂料的關鍵，喂料的組成和制備技術決定了喂料的流動性和均勻性，對后序的成型性能和脫脂燒結都會產生很大的影響。

本文中的有機粘結劑以分子量低、流動性好的石蠟為主要成分，以硬脂酸和蜂蠟為表面活性劑和潤滑劑，研究粘結劑的含量以及硬脂酸和蜂蠟的加入量對喂料的均勻性、流動性及生坯強度的影響。

1 ?實驗部分

1.1實驗原料

實驗所用的氧化鋁粉體成分如表1所示。

1.2實驗方法

對氧化鋁粉體加0.5%的油酸進行干法球磨，然后過篩得到預處理好的氧化鋁粉體。將稱量好的56#石蠟加入到90 ℃的雙行星混料機中進行熔化，石蠟變成液態時依次加入蜂蠟等其它有機物進行混合，待其完全融化后加入預處理的氧化鋁粉體進行攪拌，當氧化鋁粉體變成漿料時加入硬脂酸進行充分混合，并進行抽真空處理，最后得到石蠟基氧化鋁喂料。

1.3樣品表征與性能測試

坯體的強度采用三點彎曲法（GB/T4741-1999）在萬能試驗機上測試，試條尺寸為100 mm×12.7 mm ×4.15 mm。采用微電腦熔融指數測定儀（JX-9022-A）測定喂料的熔體流動速率，測試溫度為52 ℃。

2 ?實驗結果與討論

2.1粘結劑含量對氧化鋁喂料均勻性的影響

由于氧化鋁粉體過細，表面張力過大，在制備喂料的過程中很容易會出現團聚，特別是在加蠟攪拌過程中極易出現結塊和團聚現象，所以喂料的均勻性對后續的成型、脫脂燒結以及產品的性能影響很大。本文通過喂料的燒失量來評價粘結劑的含量變化對其喂料均勻性的影響。公式為：

M=1-S2/S02

其中M為混合料的均勻度參數，S2為喂料間粘結劑含量偏差，S02為配方粘結劑的含量方差，即S02=X（1-X），X為氧化鋁粉體含量。

由表2可知，隨著粘結劑含量的增多，混合料的均勻度參數越來越大，當喂料中粘結劑含量超過14.16%時，M已經基本上接近1，說明粘結劑含量為14.16%時，喂料已經混合均勻。這是因為氧化鋁粉體顆粒較小，比表面積較大，對粘結劑的吸附量較大，當喂料中的粘結劑含量較少時，在顆粒間起潤滑作用的粘結劑就會減少，粘性阻力增大，氧化鋁顆粒之間容易團聚而不容易分散，使得喂料混合不均勻。

2.2粘結劑含量對氧化鋁喂料流動性及生坯強度的影響

圖1、圖2為不同粘結劑含量時喂料的熔融指數和生坯強度的變化曲線。由圖1、2可知，隨著粘結劑含量的增多，喂料的熔融指數呈近似線性增加，流動性提高;生坯強度呈先快速增加，再緩慢增加，最后降低的趨勢。

當粘結劑含量較低時，喂料中的有機物體積比較低，粘結劑不能有效地包裹氧化鋁顆粒，同時在顆粒之間缺乏足夠的粘結劑起潤滑作用，使得喂料粘度增加，流動性降低。而坯體的強度由粘結劑的性能、粘結劑與粉體顆粒的結合狀況及固相含量決定。當粘結劑含量較低時，喂料粘度較大，均勻性較差，坯體在成型過程中容易產生缺陷，從而導致生坯強度較低。隨著粘結劑含量的增加，顆粒間有足夠包裹以外的粘結劑，流動性增加，同時喂料的均勻性逐漸變好，生坯強度快速增加，當增加到一定程度時，喂料已經混合均勻，粘結劑對強度的影響效果不再明顯，此時喂料的固相含量對強度的影響起主要作用，故粘結劑含量繼續增加，喂料固含量減小，生坯強度降低。

2.3硬脂酸含量對喂料流動性和生坯強度的影響

圖3、圖4為硬脂酸含量對喂料流動性和生坯強度的影響曲線。隨著硬脂酸含量的增多，喂料的流動性提高，而生坯強度先快速增加，然后基本保持不變。

硬脂酸因為分子量小、改性強，能夠降低氧化鋁顆粒與粘結劑之間的界面能，改善兩者之間的潤濕性，同時在粘結劑和氧化鋁顆粒之間起橋梁作用，使氧化鋁顆粒和粘結劑能夠很好地粘結起來。在硬脂酸含量相對較低時，氧化鋁顆粒對硬脂酸的吸附量隨硬脂酸加入量的增加而顯著增加，所以硬脂酸的含量增加，喂料的流動性增加;而生坯強度隨硬脂酸含量的增加先快速增加，后變化不再明顯。因為隨硬脂酸含量的增加，喂料的均勻性逐漸變好，且純硬脂酸的強度比純石蠟的強度高，石蠟-硬脂酸混溶體系樣品的強度隨硬脂酸質量分數的增加而增加;當硬脂酸的含量較高時，喂料已經混合均勻，硬脂酸對強度的影響作用不再明顯，繼續增加硬脂酸對強度影響效果較小。

2.4蜂蠟含量對喂料流動性和生坯強度的影響

圖5、圖6為蜂蠟含量對喂料的流動性以及生坯強度的影響曲線。蜂蠟作為一種表面活性物質，可以改善喂料的成型及脫模性能。與石蠟相比，蜂蠟的熔點較高、分子量較大，極易形成網絡，在喂料中添加一定量的蜂蠟能夠在粘結劑中形成網狀結構，對氧化鋁粉體進行網絡包覆。所以如圖6所示，隨著喂料中蜂蠟含量的增加，生坯的強度逐漸增大，實驗中觀察到，當蜂蠟含量高于2%時，強度不再有明顯變化。由于蜂蠟的分子量較大，容易在喂料中形成網絡結構，從而導致喂料的粘度變大，流動性變差，如圖5所示，隨著粘結劑中蜂蠟含量的增加，喂料的流動性逐漸變差。

3 ?結 ?論

（1）喂料的均勻性隨著粘結劑含量的增多而逐漸變好，當粘結劑含量為14.16%時，喂料已經混合均勻。

（2）粘結劑含量的適當增加會提高坯體強度，增加到一定程度時，坯體強度增速減緩，粘結劑對強度的影響效果不再明顯，繼續增加粘結劑含量，生坯強度降低，喂料的流動性隨著粘結劑含量的增加而提高。

（3）粘結劑中硬脂酸含量的增加會顯著提高坯體強度，到達拐點后坯體強度變化不明顯;喂料的流動性隨硬脂酸含量的增加而提高。

（4）喂料中加入少量的蜂蠟能提高生坯強度，超過一定量后對強度的影響效果不再明顯，喂料的流動性隨蜂蠟含量的增加而降低。

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