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.32 北京科技大学学报 第30卷 注模工艺，浆料中单体的聚合能够形成一个较强的 “节点”的作用，把有机单体的分子链联结起来，如 三维网络来固定固体粉末，所以单体含量较高时，所 果交联剂越少，也就是“节点”越少，聚合物的分子链 形成的网络较密集，因而强度较高，尽管进一步增 就越长，分支越少，聚合物弹性越好，具有足够链长 加单体含量有助于坯体强度的提高，如预混液单体 的聚合物可在粉末颗粒之间架桥，形成不规则网状 质量分数为30%时坯体强度可以达到42MPa,但烧 结构，将粉末颗粒包裹，因而生坯强度升高；当交联 结体密度只有93.8%.这种密度的降低可能是由于 剂的量少到一定程度时，坯体的强度基本上就是丙 粘结剂较多，脱除后留下较多的孔隙：与较少的粘结 烯酰胺的聚合物聚丙烯酰胺的长链所决定，强度不 剂相比，坯体脱脂后将更难烧结致密 再有明显变化.同时，由图4可见，随AM/MBAM 45 比例的变化烧结密度只有一些微小的波动，即AM/ 40 MBAM比例对烧结密度没有明显影响 96 2.2浆料固相含量对坯体强度和烧结密度的影响 9 为了获取具有优良力学性能的致密烧结体，在 凝胶注模成型中，在保证满足注模所需黏度的前提 一口-坯体强度 一●-相对密度 92 下，往往倾向于选择提高浆料的固相含量，但是，实 验发现，高固相含量浆料所制得的坯体强度往往较 90 10 15 20 25 低 单体质量分数% 图5显示了不锈钢凝胶注模成型中浆料固相含 图3预混液单体含量对不锈钢坯体强度及烧结密度的影响 量对坯体强度和烧结体密度的影响（预混液有机单 Fig.3 Effects of monomer content on the green strength and sin- 体质量分数20%，AM/MBAM为90：1)·由图5可 tered density 以看出，随着固相含量的升高，坯体的抗弯强度呈下 同时，实验发现，单体/交联剂比例(AM/ 降趋势，这主要是由于随着固相体积分数的提高， MBAM)对坯体抗弯强度存在很大影响，图4为预 颗粒的总表面积增加，有机物在颗粒单位表面的吸 混液中单体/交联剂比例对坯体强度和烧结密度的 附量减少，有机物的粘结力量减弱，从而坯体强度下 影响曲线（预混液中有机单体质量分数为20%，固 降.但是也可以看出，即使在固相体积分数为58% 相体积分数55%)，可以看出，坯体的抗弯强度随着 时，坯体强度仍能保持15MPa以上，这个强度足以 AM/MBAM比例的升高而增大；当AM/MBAM比 承受一定程度的机械加工·同时，在固相含量相对 例很小（如3：1）时，即凝胶网络中单体的相对量较 较低时，随着固相含量的升高，烧结密度逐渐增大； 少、交联剂较多时，坯体的强度很低；AM/MBAM比 但固相体积分数提高至55%以上时，烧结密度的变 例处于15：1到60：1之间时，坯体强度处于15~ 化曲线首先出现一个平台期，然后下降，这是因为固 30MPa之间；当该比例大于90：1后，坯体强度即大 相含量较高时，浆料的黏度较大，其中存在的气泡不 于30MPa,基本上处于水平状态，这是因为凝胶注 易排出，固化成型后坯体中残留较多的气孔等缺陷， 模的成型原理是有机单体和交联剂的凝胶聚合成空 导致烧结密度降低， 间网状结构从而使坯体具有强度，其中交联剂充当 45 100 35 102 40 100 25 20 30 9 -坯体强度 15 96 ■-坯体强度 -△·相对密度 88 -△-相对密度 20 94 15 9 5 53 55 57 92 60 120 180 240 固相体积分数% 单体/交联剂比例 图5浆料固相含量对坯体强度和烧结密度的影响 图4预混液单体/交联剂比例对坯体强度和烧结密度的影响 Fig.5 Effects of the solid loading of slurry on the green strength Fig.4 Effects of AM/MBAM on the green strength and sintered and sintered density density注模工艺浆料中单体的聚合能够形成一个较强的 三维网络来固定固体粉末所以单体含量较高时所 形成的网络较密集因而强度较高．尽管进一步增 加单体含量有助于坯体强度的提高如预混液单体 质量分数为30％时坯体强度可以达到42MPa但烧 结体密度只有93∙8％．这种密度的降低可能是由于 粘结剂较多脱除后留下较多的孔隙；与较少的粘结 剂相比坯体脱脂后将更难烧结致密． 图3 预混液单体含量对不锈钢坯体强度及烧结密度的影响 Fig．3 Effects of monomer content on the green strength and sintered density 图4 预混液单体／交联剂比例对坯体强度和烧结密度的影响 Fig．4 Effects of AM／MBAM on the green strength and sintered density 同 时实 验 发 现单 体／交 联 剂 比 例 （AM／ MBAM）对坯体抗弯强度存在很大影响．图4为预 混液中单体／交联剂比例对坯体强度和烧结密度的 影响曲线（预混液中有机单体质量分数为20％固 相体积分数55％）．可以看出坯体的抗弯强度随着 AM／MBAM 比例的升高而增大；当 AM／MBAM 比 例很小（如3∶1）时即凝胶网络中单体的相对量较 少、交联剂较多时坯体的强度很低；AM／MBAM 比 例处于15∶1到60∶1之间时坯体强度处于15～ 30MPa之间；当该比例大于90∶1后坯体强度即大 于30MPa基本上处于水平状态．这是因为凝胶注 模的成型原理是有机单体和交联剂的凝胶聚合成空 间网状结构从而使坯体具有强度其中交联剂充当 “节点”的作用把有机单体的分子链联结起来．如 果交联剂越少也就是“节点”越少聚合物的分子链 就越长分支越少聚合物弹性越好具有足够链长 的聚合物可在粉末颗粒之间架桥形成不规则网状 结构将粉末颗粒包裹因而生坯强度升高；当交联 剂的量少到一定程度时坯体的强度基本上就是丙 烯酰胺的聚合物聚丙烯酰胺的长链所决定强度不 再有明显变化．同时由图4可见随 AM／MBAM 比例的变化烧结密度只有一些微小的波动即 AM／ MBAM 比例对烧结密度没有明显影响． 2∙2 浆料固相含量对坯体强度和烧结密度的影响 为了获取具有优良力学性能的致密烧结体在 凝胶注模成型中在保证满足注模所需黏度的前提 下往往倾向于选择提高浆料的固相含量．但是实 验发现高固相含量浆料所制得的坯体强度往往较 低． 图5显示了不锈钢凝胶注模成型中浆料固相含 量对坯体强度和烧结体密度的影响（预混液有机单 体质量分数20％AM／MBAM 为90∶1）．由图5可 以看出随着固相含量的升高坯体的抗弯强度呈下 降趋势．这主要是由于随着固相体积分数的提高 颗粒的总表面积增加有机物在颗粒单位表面的吸 附量减少有机物的粘结力量减弱从而坯体强度下 降．但是也可以看出即使在固相体积分数为58％ 时坯体强度仍能保持15MPa 以上这个强度足以 承受一定程度的机械加工．同时在固相含量相对 较低时随着固相含量的升高烧结密度逐渐增大； 但固相体积分数提高至55％以上时烧结密度的变 化曲线首先出现一个平台期然后下降这是因为固 相含量较高时浆料的黏度较大其中存在的气泡不 易排出固化成型后坯体中残留较多的气孔等缺陷 导致烧结密度降低． 图5 浆料固相含量对坯体强度和烧结密度的影响 Fig．5 Effects of the solid loading of slurry on the green strength and sintered density ·32· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷