1152 无机材料学报 第24卷 影响,进而研究了所制备材料的显微结构和热导率 测得沉积体的孔径分布.用热导仪(LFA427, Netzsch, Ge many)测定热扩散系数.采用SM(JsM- 1实验 6390,JOL, Japan)观察烧结体的显微结构 实验过程中所用的主要原料及其性能指标见表12结果和讨论 将氮化铝和氧化钇粉体按比例加入到无水乙醇 中,再加入适量的聚丙烯酸,用三乙胺调节pH值至21O.pH值的影响 97左右,超声数分钟,配置成分散性良好的乙醇基 电泳沉积首先需要获得分散性良好的稳定悬浮 稳定悬浮液.利用烧杯作为电泳槽,选用铂作为电极液由于AN微粉的表面氧化,AN颗粒在乙醇中的 材料,极板间距控制在30mm,沉积电压为50V.沉氢化表面为ADH,颗粒依靠表面吸附H'或OH'离 积结束后将沉积体从电极上取下,经过600℃脱胶处子1,从而稳定存在于乙醇悬浮液中,并随pH值的 理后,在氮气氛常压下1800℃/4h进行烧结.具体工提高,表面电荷从正向负转变.因此,pH值会显著 艺流程见图1 影响乙醇悬浮液中AN颗粒的稳定性.表面电荷的 取适量EP悬浮液浆料,搅拌并除气后把浆料形成机制如下 注入石膏模具中成型,得到浆料浇注( slip casting)的 AOh- OH Ao+HO AN陶瓷素坯.干压静压(CP)成型制备AN陶 需要注意的是,pH计的直接读数通常是指水溶 瓷工艺大致如下:将一定比例的原始粉料球磨混合液的实际pH值;对于有机悬浮液而言,这个读数并 6h后,烘于,过筛,所得粉体在5MP的压强下压不是实际的pH值,通常称为“ Operation pH” 制成中2mm的圆片,然后冷等静压(20MPa)得到opH).对于给定的溶剂, Operation pH值与真实 厚度约为Mm的素坯三种成型方法制备的素坯经的pH值的差值是固定的为了简便操作,下文将直 预烧后,再一同在氮气氛下烧结 接采用pH计的读数(即O.pH值) 浆料的pH值由pH计( Cyberscan PC510,Eu- 分散性良好的稳定悬浮液通常具有高Ze电势 tech, America)测定.使用流变仪( Rheometer S5,低粘度和低离子电导率.对于高固含量的浆料,低粘 Rheometric scientific, America)测定浆料的流变曲线 度是获得稳定悬浮液的首要条件.根据AN粉体的 采用压汞仪( poresize90, m ic romeritics, America)表面性质,可以通过调节pH值使颗粒间产生较大的 表1实验所用的主要原料 排斥力从而制备稳定的乙醇基AN悬浮液.图2给 Table 1 raw ma teri ls 出了固含量为60wt%的浆料粘度随O.pH值的变化 Materials Main poperties 关系剪切速率100s).从图中可以发现,悬浮液 Grade F AN powder Da =1.1Hm 粘度随O.pH值的增加而迅速降低.在O.pH 附近时,粘度已经降得很低,但此时三乙胺的添加量 HH一N, j rangy in J tahua Advanced 急剧上升,继续添加三乙胺对AN悬浮液稳定性的影 Y2O3 powder De =2 0um Material Resources Co 响已甚微.因此,使悬浮液的OpH值达到97左右为 Purity =998% Shanghai L ingfeng Chem ical 佳,即可避免引入多余杂质,又能获得较好的稳定性 Ethanol Facbry Ca, Ltd, China Polyacrylic M。=1800 SigmaA ldrich, U. Trie thy lam ine A lfa Aesar. U. S Weight of triethylamine N+Y]03+ethanol+PAA Miling Stable suspension triethylamine Drying+calcining/600C ELectrophoretic deposition Sintering/800℃ O pH value 图1电泳沉积制备氮化铝陶瓷的工艺流程图 图2粘度随OpH值的变化规律 Fig 1 Flw chat of fabrication of AN ceram ics via ED Fig 2 Variaton of the viscosity as a functon ofO ph value 201904-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.aLlrightsreservedhttp://www.cnki.net无 机 材 料 学 报 第 24卷 影响 , 进而研究了所制备材料的显微结构和热导率. 1 实验 实验过程中所用的主要原料及其性能指标见表 1. 将氮化铝和氧化钇粉体按比例加入到无水乙醇 中 , 再加入适量的聚丙烯酸 , 用三乙胺调节 pH值至 9. 7左右 , 超声数分钟 , 配置成分散性良好的乙醇基 稳定悬浮液. 利用烧杯作为电泳槽 , 选用铂作为电极 材料 , 极板间距控制在 30mm, 沉积电压为 50V. 沉 积结束后将沉积体从电极上取下 , 经过 600℃脱胶处 理后 , 在氮气氛常压下 1800℃/4h进行烧结. 具体工 艺流程见图 1. 取适量 EPD悬浮液浆料 , 搅拌并除气后把浆料 注入石膏模具中成型 , 得到浆料浇注 ( slip casting)的 A lN陶瓷素坯. 干压 /等静压 (C IP)成型制备 A lN 陶 瓷工艺大致如下 :将一定比例的原始粉料球磨混合 6h后 , 烘干 , 过筛 , 所得粉体在 50MPa的压强下压 制成 <20mm的圆片 , 然后冷等静压 ( 200MPa)得到 厚度约为 3mm的素坯. 三种成型方法制备的素坯经 预烧后 , 再一同在氮气氛下烧结. 浆料的 pH 值由 pH 计 ( Cyberscan PC510, Eu2 tech, America)测定. 使用流变仪 ( Rheometer SR5, Rheometric Scientific, America)测定浆料的流变曲线. 采用压汞仪 (poresizer 9320, m icromeritics, America) 表 1 实验所用的主要原料 Table 1 Raw ma ter ia ls Materials Main p roperties Manufacturer A lN powder Grade F, D50 = 1. 1μm Tokuyama soda, Japan Y2O3 powder JH25N, D50 = 2. 0μm Jiangyin Jiahua Advanced Material Resources Co. , L td, China Ethanol Purity≥99. 8% Shanghai L ingfeng Chemical Factory Co. , L td, China Polyacrylic acid ( PAA) Mw = 1800 Sigma2A ldrich, U. S. Triethylamine Purity≥99% A lfa Aesar, U. S. 图 1 电泳沉积制备氮化铝陶瓷的工艺流程图 Fig. 1 Flow chat of fabrication of A lN ceram ics via EPD 测 得 沉 积 体 的 孔 径 分 布. 用 热 导 仪 ( LFA427, Netzsch, Germany)测定热扩散系数. 采用 SEM (JSM2 6390, JEOL, Japan)观察烧结体的显微结构. 2 结果和讨论 2. 1 O. pH值的影响 电泳沉积首先需要获得分散性良好的稳定悬浮 液. 由于 A lN微粉的表面氧化 , A lN颗粒在乙醇中的 氢化表面为 A lOH, 颗粒依靠表面吸附 H +或 OH - 离 子 [ 4 ] , 从而稳定存在于乙醇悬浮液中 , 并随 pH值的 提高 , 表面电荷从正向负转变. 因此 , pH值会显著 影响乙醇悬浮液中 A lN颗粒的稳定性. 表面电荷的 形成机制如下 : A lOH + 2 H + A lOH OH - A lO - + H2O 需要注意的是 , pH计的直接读数通常是指水溶 液的实际 pH值 ; 对于有机悬浮液而言 , 这个读数并 不是 实 际 的 pH 值 , 通 常 称 为 “Operation pH ” (O. pH). 对于给定的溶剂 , Operation pH 值与真实 的 pH值的差值是固定的. 为了简便操作 , 下文将直 接采用 pH计的读数 (即 O. pH值 ). 分散性良好的稳定悬浮液通常具有高 Zeta电势、 低粘度和低离子电导率. 对于高固含量的浆料 , 低粘 度是获得稳定悬浮液的首要条件. 根据 A lN 粉体的 表面性质 , 可以通过调节 pH值使颗粒间产生较大的 排斥力从而制备稳定的乙醇基 A lN悬浮液. 图 2给 出了固含量为 60wt%的浆料粘度随 O. pH值的变化 关系 (剪切速率 100 s - 1 ). 从图中可以发现 , 悬浮液 粘度随 O. pH值的增加而迅速降低. 在 O. pH = 9. 7 附近时 , 粘度已经降得很低 , 但此时三乙胺的添加量 急剧上升 , 继续添加三乙胺对 A lN悬浮液稳定性的影 响已甚微. 因此 , 使悬浮液的 O. pH值达到 9. 7左右为 佳 , 即可避免引入多余杂质 , 又能获得较好的稳定性. 图 2 粘度随 O. pH值的变化规律 Fig. 2 Variation of the viscosity as a function of O. pH value 1152