非水基凝胶注模成形技术及其在孔铜材料中的应用

发布时间：2017-12-17 04:02

  本文关键词：非水基凝胶注模成形技术及其在孔铜材料中的应用

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【摘要】：金属多孔材料由于其低密度,良好的磁导率,耐高温等优点而成为当前研究的热点之一。目前存在多种不同的方法制备多孔材料,凝胶注模成形工艺可以快速制备复杂形状工件,并且成本较低、机械加工性能好,引起广泛的关注。本研究将水基凝胶注模成形技术应用于铜基多孔材料,主要工作如下：使用了三种低毒性单体(HPMA,HEMA和DMAA)和交联剂DEGDA在非水介质中进行凝胶注模实验。DMAA/DEGDA系统在1,2-丙二醇(PBO)中产生的自由基聚合形成复杂的大分子网络结构,可牢固地保持铜颗粒,并且实现它们在生坯中的均匀分布。课题研究了浆料中负载体积分数对铜和烧结体的性能的影响。由于铜浆中存在高密度颗粒而发生沉降现象,在制备低固体负载铜浆(40,35%)时需要0.8～1g分散剂,可使颗粒更好的分散并避免所得生坯发生变形。当负载铜体积分数占45%～50%时,所需的分散剂用量范围为0.6～0.8g,方可达到良好的颗粒分散性以及保持在适合凝胶注模的粘度范围,减少内部缺陷。交联态聚合DMAA提高了生坯的抗弯强度,避免了裂纹产生。当固体负载体积分数从50%降低到35%,其抗弯强度从16 MPa降低到8 MPa。通过优化烧结温度和烧结时间,获得了最佳性能如孔隙率,抗弯强度和收缩率。烧结温度选择970℃保温5 h,根据铜含量,孔隙率范围为32.7%至51.07%,长度方向的收缩率在5.82%～14.4%和直径方向上为5.91%～14.16%,抗弯强度为48.5～161.5 MPa其次研究了三种造孔剂,碳酸氢钠(NaHCO3),淀粉和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)对凝胶注模过程的影响。研究表明,烧结体的浆料粘度和性能受到造孔剂特性如形状,尺寸和来源(类型)的影响较大。在不添加造孔剂的情况下,烧结体孔隙率为35.67%。NaHCO3,淀粉和基于PMMA的造孔剂添加后孔隙率分别增加12.27%～24.03%,10.65%～18.92%和17.28%～28.36%。通过凝胶注模与悬浮乳液的组合,成功地制备了多孔铜生坯体。油的添加体积可以控制生坯所形成的微观孔的尺寸和数量。使用聚合乳液在PBO中凝固铜粉,可以制备具有良好结构和高孔隙率的生坯。用油/溶计比为1:1可以制备密度为1.5 g/cm3和强度为4 MPa的生坯。利用非水基凝胶注模工艺制备多孔铜结构的方法将为金属粉末的非水基凝胶注模技术的应用提供研究的基础,并希望在相关领域中得到良好的应用。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.4

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本文编号：1298630