添加劑對石英陶瓷漿料性能的影響

第30卷第5期硅酸鹽通報Vol.30 No.5 .2011年10月BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYOctober ,2011添加劑對石英陶瓷漿料性能的影響趙中堅,胡偉,鄔 浩,王萍萍,葛金凌,談 橋(上海玻璃鋼研究院有限公司,上海201404)摘要:以乳酸阿拉伯樹(shù)膠、丙三醇和聚乙烯醇作為添加劑.研究了不同添加劑對石英漿料pH值、粘度和懸浮性的影響,并對添加劑的作用機理進(jìn)行了探討。研究結果表明,乳酸和丙三醇對石英漿料的分散性和流動(dòng)性有改善作用,聚乙烯醇具有增加漿料懸浮性的效果,阿拉伯樹(shù)膠的添加不利于漿料系統的分散和穩定。關(guān)鍵詞:石英陶瓷;泥漿澆注;漿料;添加劑中圖分類(lèi)號: TQ171文獻標識碼:A文章編號:1001-1625(2011 )05-1010-04Influence of Additives on Properties of Silica Ceramic SlurryZHAO Zhong jian ,HU Wei, WU Hao , WANG Ping -ping , GE Jin-ling ,TAN Qiao( Shanghai FRP Reearch Institute Co. Ld,Shanghai 201404 ,China)Abstract: Using lactic acid, arabin, glycerin and polyvinyl alcohol as additives, we have studied theirvarious influences on silica ceramic slury s properties involving pH, viscosity and suspension throughtest, as well as discussed their action mechanism. The result shows that lactic acid and glycerin canobviously enhance the dispersity and fluidity of silica ceramic slurry system, polyvinyl alcohol has asignificant improvement in its suspension, while adding arabin has a bad effect on its dispersity andstabilization.Key words:silica ceramic ;slip casting;lury ;dditives1引言石英陶瓷又稱(chēng)熔融石英陶瓷(Fusedsilicaceramic),是以熔融石英或石英玻璃為原料,經(jīng)粉碎、成型、燒結等- -系列陶瓷制作工藝制備的制品。石英陶瓷是目前國內外應用最廣泛的導彈天線(xiàn)罩材料之一。美國的愛(ài)國者導彈、潘興I導彈等均采用石英陶瓷天線(xiàn)罩,我國在上世紀70年代開(kāi)始石英陶瓷天線(xiàn)罩的研制工作，目前已經(jīng)在多個(gè)型號導彈上得到應用14)。目前國內石英陶瓷導彈天線(xiàn)罩多采用泥漿澆注工藝成型,漿料性能是影響制品最終性能的關(guān)鍵因素之一。泥漿澆注成型工藝要求漿料具有良好的流動(dòng)性、分散性和穩定性,添加劑是制備性能優(yōu)良的石英漿料的重要組分[57]。本文分別選擇乳酸、阿拉伯樹(shù)膠、丙三醇、聚乙烯醇作為石英漿料的添加劑,研究不同添加劑對石英漿料性能的影響。2實(shí)驗2.1實(shí)驗原料中國煤化工本實(shí)驗選用上海新滬玻璃廠(chǎng)生產(chǎn)的石英玻璃管(純度99.95% )為:MYHCNMH G'為乳酸(分作者簡(jiǎn)介:趙中堅( 1977-) ,男,碩士研究生.主要從事陶瓷導彈天線(xiàn)罩的研制工作. E-mail:hao4sh@ 163. com.第5期趙中堅等:添加劑對石英陶瓷漿料性能的影響1011析純)、阿拉伯樹(shù)膠( Sanrapid 170, 微黃粉末)、丙三醇(分析純)和聚乙烯醇(分析純,聚合度1750 +50)。聚乙烯醇經(jīng)水浴加熱、攪拌溶解后配制成質(zhì)量分數為5%的水溶液待用。2.2實(shí)驗過(guò)程石英玻璃管經(jīng)破碎、酸洗、超聲清洗、烘干后按配比稱(chēng)重,裝入氧化鋁球磨罐中,研磨介質(zhì)采用氧化鋁磨球,加入純水和添加劑球磨制漿,測試漿料各項性能。試驗編號和添加劑加入量見(jiàn)表1。表1試驗編號與添加劑含量Tab.1 Specimen No. and content of additivesSpecimenAdditivesConten/%ALBArabin3.PVAPolyvinyl alcohol3-BSCGlycerinRUSLactic acid32.3測試方法采用Brookfield DV-C數顯粘度計測量漿料粘度;采用Malvem公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000激光粒度測試儀測試漿料顆粒度;采用Clean Instruments pH30 pH計測試漿料pH值。3結果與討論3.1不同添加劑對石 英漿料pH值的影響采用四種不同添加劑球磨制備漿料,將制備好的漿料轉人陳化罐中進(jìn)行陳化。在陳化過(guò)程中每隔2 h取樣一次,用pH計測試漿料pH值,漿料pH值隨陳化時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖1。從圖1可以看出,空白試樣石英漿料pH值在4.0 ~4.1之間,pH值隨陳化時(shí)間變化較小;添加乳酸、丙三醇的石英漿料pH值都在2. 95 ~3.0之間,且隨陳化時(shí)間延長(cháng)pH值保持穩定;添加PVA的漿料pH值在3.9 ~4.0之間,pH值隨陳化時(shí)間延長(cháng)較小;添加阿拉伯樹(shù)膠的漿料pH值大于4,且隨陳化時(shí)間延長(cháng)pH值波動(dòng)較大,不利于石英陶瓷制品的澆注成型。3.2不同添 加劑對石英陶瓷漿料粘度的影響采用四種不同添加劑球磨制備漿料并進(jìn)行陳化。在陳化過(guò)程中每隔2 h取樣- -次,進(jìn)行粘度測試,結果如圖2所示。一BSC-pv- -RUS←KB4.0t1:411-RUS+-AL哉3.5-PVA一-BSC100}3.030)2.56了一10下一20一2.60方10方20一玄Aging time/hAging timch圖1石英漿料 pH值與陳化時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)圖2石英漿料陳化時(shí)間 與粘度關(guān)系曲線(xiàn)Fig1 Graph of aging time to pH of silica sluryFig.2 Graph of aging time to viscosity of silica slury中國煤化工從圖2可以看出:空白試樣粘度在120 ~ 130 mPa.s之間,漿HCN MH C大;添加丙三醇的漿料粘度最低,隨著(zhù)陳化時(shí)間增加,漿料粘度基本保持穩定;添加乳酸和PVA的漿料粘度相近,相比空白試樣有明顯降低,且粘度值隨著(zhù)陳化時(shí)間增加略有降低;添加阿拉伯樹(shù)膠的漿料粘度最高,且漿料粘度隨陳1012專(zhuān)題論文硅酸鹽通報第30卷化時(shí)間的變化呈現極不穩定的上下波動(dòng)。3.3不同添加劑對石英漿料懸浮性的影響為了測試石英漿料的懸浮性能,對四種漿料進(jìn)行了沉降實(shí)驗:取制備好的漿料500mL裝入量簡(jiǎn)內,靜置24h后,倒出上層液態(tài)漿料,測量量簡(jiǎn)底部沉淀物體積;測試五種漿料在沉降實(shí)驗前后平均顆粒度的變化，結果如表2所示。從表2數據可以看出,添加聚乙烯醇的漿料在沉降實(shí)驗后的沉淀物最少,且漿料在沉降前后D50基本保持不變。圖3為五種漿料在沉降實(shí)驗前后顆粒度分布曲線(xiàn),從圖3a、b.c、d可以看出,對于空白試樣和分別添加乳酸、阿拉伯樹(shù)膠和丙三醇的石英漿料,其沉降實(shí)驗之后的顆粒度分布曲線(xiàn)出現明顯的往細顆粒方向移動(dòng)的趨勢,說(shuō)明漿料的沉降主要是由于粗顆粒的沉降造成的;添加聚乙烯醇的石英漿料沉降后的顆粒度分布曲線(xiàn)(見(jiàn)圖3e)與沉降前的曲線(xiàn)重合性明顯好于前四種漿料,說(shuō)明該漿料在沉降過(guò)程中，粗顆粒與細顆粒具有相近的沉降速度。通過(guò)五種漿料的對比,可以認為添加聚乙烯醇的漿料具有更好的懸浮穩定性。表2不同添加劑對石英漿料懸浮性的影響Tab, 2 Influence of different additives on suspension properties of silica slurryAdditiveSolidify volume/mLD50 before sttlemenU/μm D50 afer sttlement um_D50afer /DS0beforeKB105.013. 65310.6640.78RUS65.09. 3907.9720.85ALB70.015. 11512. 889.BSC0.3378.671PVA25.59.5109.4600.993.03.0m2.5(a)。Before stlrnet。)。Before stiement“(Afer sttlement.stAfler settlement.5Betore Serurtn R.0, o↓Afer stlenent20o.st.s-0s.o5010020000Grain diameter/umGrain diameterumGrain dianeterum2:d), Before stlememto).Before settlementAfare stlementAfter setlement2.01.0.of0..5+50 100150 200Grain diametertum圖3不同漿料沉降前后顆粒度分布曲線(xiàn)(a)空白試樣;(b)乳酸;(c)阿拉伯樹(shù)膠;(d)丙三醇;(e)PVAFig.3 Graph of graininess distibution of diferent silica slurry before and after sttlement采用添加PVA和未添加PVA的石英漿料分別澆注高度約500mm中國煤化工錐形坯體,經(jīng)燒結后用掃描電鏡觀(guān)測頂部和口部材料微觀(guān)形貌(澆注成型時(shí)頂部朝.MYHCNMH是沒(méi)有添加PVA的圓錐形部件口部和頂部材料SEM照片,對比這兩張照片可以看出,口部細顆粒較多,粗顆粒較少,而