氧化锆陶瓷注射成型偶联改性研究.pdf

氧化锆陶瓷注射成型偶联改性研究 氧化锆陶瓷注射成型偶联改性研究 摘 要 近年来，5G 技术和无线充电技术的快速发展推动着智能手机背板材料的变 革。陶瓷材料，尤其是氧化锆陶瓷凭借其热传导性低、无信号屏蔽、生物相容性、 耐磨耐刮等优异性能成为智能手机背板材料的最佳选择。陶瓷注射成型 （CIM ） 技术可以解决一些复杂形状陶瓷制品的成型问题，因而被广泛应用。陶瓷注射成 型的技术难点主要在于粘结剂配方和坯体脱脂工艺。为了解决氧化锆粉体与粘结 剂之间的相容性问题，本论文通过研究挤出喂料的流动性、坯体强度、脱脂率、 烧结体强度、坯体和烧结体显微结构等方面探究了 KH550 、KH560 、KH570 、 A151 、A171 和PN841 等六种偶联剂对氧化锆注射成型工艺的影响。研究结果表 明： 在所研究的偶联剂中，添加A151 的综合性能最优，其中，添加 0.75 wt.% 的硅烷偶联剂A151 后，挤出颗粒料的熔融指数达到了119 g/10 min ，较未改性 试样提升了75% ；添加0.5 wt.% 的硅烷偶联剂A151 后，注射坯体和烧结体的弯 曲强度分别为13.0 MPa 和468 MPa ，较未改性试样分别提升了23.8%和14%； 添加1.0 wt.% 的硅烷偶联剂A151 的最终脱脂率达到了81.6%，较未改性样品的 脱脂率提升了11.3%。 溶剂脱脂工艺难以将可溶性粘结剂完全脱除。溶剂脱脂后坯体中存在残留的 可溶性粘结剂与骨架粘结剂，分别在200-230°C 和230-370°C 之间热脱除。当热 脱脂太快或太慢时，烧结体的强度均降低。当热脱脂总时间为512 min （TH7 ） 时，获得的注射成型烧结体的最大弯曲强度可达502 MPa 。 当烧结温度在1500-1650°C 之间时，随着烧结温度提高，烧结体晶粒明显长 大，在 1550°C 以上，出现明显的晶粒异常生长现象。有趣的是，异常生长的晶 粒在断裂时表现为穿晶断裂。晶粒长大会导致陶瓷烧结体强度下降，然而穿晶断 裂又有利于提高其弯曲强度，两方面共同作用的结果，使得注射成型氧化锆陶瓷 烧结体的弯曲强度随烧结温度变化复杂。对于SD8h-TH7 脱脂工艺后得到的烧结 体来说，其弯曲强度最大值出现在1575°C，达到了533 MPa 。 锆酸酯偶联剂对氧化锆注射成型坯体和烧结体的弯曲强度影响不大，但其有 I 浙江工业大学硕士学位论文 利于提高氧化锆注射成型颗粒料的熔融指数和溶剂脱脂率。相比于未经偶联处理 的样品，采用乙醇作分散介质的偶联体系，其熔融指数由68 g/10 min 提高到140 g/10 min ；8 小时的溶剂脱脂率由73%提高到78% 。这些性能的提高主要来自于 偶联剂降低了氧化锆粉体的亲水性，使得氧化锆粉体在粘结剂中的分散性能更好， 有利于氧化锆粉体的注射成型和溶剂脱脂过程的进行。 关键词：氧化锆，注射成型，偶联剂 II 氧化锆陶瓷注射成型偶联改性研究 STUDY ON INJECTION MOLDING OF ZIRCONIA CERAMIC MODIFIED BY COUPLING AGENT ABSTACT In recent years, the rapid development of 5G technology and wireless charging technology has promoted the transformation of the material of the back panel of smart phones. Ceramic materials, especially zirconia ceramics, have become the best choice for the back of smart phones due to th