添加剂对石英陶瓷浆料性能的影响

第30卷第5期硅酸盐通报Vol.30 No.5 .2011年10月BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYOctober ,2011添加剂对石英陶瓷浆料性能的影响赵中坚,胡伟,邬 浩,王萍萍,葛金凌,谈 桥(上海玻璃钢研究院有限公司,上海201404)摘要:以乳酸阿拉伯树胶、丙三醇和聚乙烯醇作为添加剂.研究了不同添加剂对石英浆料pH值、粘度和悬浮性的影响,并对添加剂的作用机理进行了探讨。研究结果表明,乳酸和丙三醇对石英浆料的分散性和流动性有改善作用,聚乙烯醇具有增加浆料悬浮性的效果,阿拉伯树胶的添加不利于浆料系统的分散和稳定。关键词:石英陶瓷;泥浆浇注;浆料;添加剂中图分类号: TQ171文献标识码:A文章编号: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引言石英陶瓷又称熔融石英陶瓷(Fusedsilicaceramic),是以熔融石英或石英玻璃为原料,经粉碎、成型、烧结等- -系列陶瓷制作工艺制备的制品。石英陶瓷是目前国内外应用最广泛的导弹天线罩材料之一。美国的爱国者导弹、潘兴I导弹等均采用石英陶瓷天线罩,我国在上世纪70年代开始石英陶瓷天线罩的研制工作，目前已经在多个型号导弹上得到应用14)。目前国内石英陶瓷导弹天线罩多采用泥浆浇注工艺成型,浆料性能是影响制品最终性能的关键因素之一。泥浆浇注成型工艺要求浆料具有良好的流动性、分散性和稳定性,添加剂是制备性能优良的石英浆料的重要组分[57]。本文分别选择乳酸、阿拉伯树胶、丙三醇、聚乙烯醇作为石英浆料的添加剂,研究不同添加剂对石英浆料性能的影响。2实验2.1实验原料中国煤化工本实验选用上海新沪玻璃厂生产的石英玻璃管(纯度99.95% )为:MYHCNMH G'为乳酸(分作者简介:赵中坚( 1977-) ,男,硕士研究生.主要从事陶瓷导弹天线罩的研制工作. E-mail:hao4sh@ 163. com.第5期赵中坚等:添加剂对石英陶瓷浆料性能的影响1011析纯)、阿拉伯树胶( Sanrapid 170, 微黄粉末)、丙三醇(分析纯)和聚乙烯醇(分析纯,聚合度1750 +50)。聚乙烯醇经水浴加热、搅拌溶解后配制成质量分数为5%的水溶液待用。2.2实验过程石英玻璃管经破碎、酸洗、超声清洗、烘干后按配比称重,装入氧化铝球磨罐中,研磨介质采用氧化铝磨球,加入纯水和添加剂球磨制浆,测试浆料各项性能。试验编号和添加剂加入量见表1。表1试验编号与添加剂含量Tab.1 Specimen No. and content of additivesSpecimenAdditivesConten/%ALBArabin3.PVAPolyvinyl alcohol3-BSCGlycerinRUSLactic acid32.3测试方法采用Brookfield DV-C数显粘度计测量浆料粘度;采用Malvem公司生产的Mastersizer 2000激光粒度测试仪测试浆料颗粒度;采用Clean Instruments pH30 pH计测试浆料pH值。3结果与讨论3.1不同添加剂对石 英浆料pH值的影响采用四种不同添加剂球磨制备浆料,将制备好的浆料转人陈化罐中进行陈化。在陈化过程中每隔2 h取样一次,用pH计测试浆料pH值,浆料pH值随陈化时间的变化情况见图1。从图1可以看出,空白试样石英浆料pH值在4.0 ~4.1之间,pH值随陈化时间变化较小;添加乳酸、丙三醇的石英浆料pH值都在2. 95 ~3.0之间,且随陈化时间延长pH值保持稳定;添加PVA的浆料pH值在3.9 ~4.0之间,pH值随陈化时间延长较小;添加阿拉伯树胶的浆料pH值大于4,且随陈化时间延长pH值波动较大,不利于石英陶瓷制品的浇注成型。3.2不同添 加剂对石英陶瓷浆料粘度的影响采用四种不同添加剂球磨制备浆料并进行陈化。在陈化过程中每隔2 h取样- -次,进行粘度测试,结果如图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图1石英浆料 pH值与陈化时间关系曲线图2石英浆料陈化时间 与粘度关系曲线Fig1 Graph of aging time to pH of silica sluryFig.2 Graph of aging time to viscosity of silica slury中国煤化工从图2可以看出:空白试样粘度在120 ~ 130 mPa.s之间,浆HCN MH C大;添加丙三醇的浆料粘度最低,随着陈化时间增加,浆料粘度基本保持稳定;添加乳酸和PVA的浆料粘度相近,相比空白试样有明显降低,且粘度值随着陈化时间增加略有降低;添加阿拉伯树胶的浆料粘度最高,且浆料粘度随陈1012专题论文硅酸盐通报第30卷化时间的变化呈现极不稳定的上下波动。3.3不同添加剂对石英浆料悬浮性的影响为了测试石英浆料的悬浮性能,对四种浆料进行了沉降实验:取制备好的浆料500mL装入量简内,静置24h后,倒出上层液态浆料,测量量简底部沉淀物体积;测试五种浆料在沉降实验前后平均颗粒度的变化，结果如表2所示。从表2数据可以看出,添加聚乙烯醇的浆料在沉降实验后的沉淀物最少,且浆料在沉降前后D50基本保持不变。图3为五种浆料在沉降实验前后颗粒度分布曲线,从图3a、b.c、d可以看出,对于空白试样和分别添加乳酸、阿拉伯树胶和丙三醇的石英浆料,其沉降实验之后的颗粒度分布曲线出现明显的往细颗粒方向移动的趋势,说明浆料的沉降主要是由于粗颗粒的沉降造成的;添加聚乙烯醇的石英浆料沉降后的颗粒度分布曲线(见图3e)与沉降前的曲线重合性明显好于前四种浆料,说明该浆料在沉降过程中，粗颗粒与细颗粒具有相近的沉降速度。通过五种浆料的对比,可以认为添加聚乙烯醇的浆料具有更好的悬浮稳定性。表2不同添加剂对石英浆料悬浮性的影响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图3不同浆料沉降前后颗粒度分布曲线(a)空白试样;(b)乳酸;(c)阿拉伯树胶;(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的石英浆料分别浇注高度约500mm中国煤化工锥形坯体,经烧结后用扫描电镜观测顶部和口部材料微观形貌(浇注成型时顶部朝.MYHCNMH是没有添加PVA的圆锥形部件口部和顶部材料SEM照片,对比这两张照片可以看出,口部细颗粒较多,粗颗粒较少,而