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| 目前高性能陶瓷研究的熱點是膠態原位凝固成型 | |||
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主要研究成果如下： 1、揭示了硅溶膠分散氧化鋁漿料的穩定與失穩機理。結果表明，與在水中分散相比，在pH=9.5左右，硅溶膠對氧化鋁顆粒具有很好的分散和穩定效果，其穩定機理屬于未吸附硅溶膠膠體粒子對氧化鋁顆粒產生的空缺穩定效應。隨pH值減小，漿料穩定性逐步下降，在pH=4.0～5.5范圍內穩定性最差，其失穩機理屬于漿料pH值調整時形成鋁離子引起的溶膠—凝膠效應。隨pH值進一步下降，漿料穩定性又逐步改善，在pH=2.0左右穩定性最好，其穩定機理屬于高電解質濃度引起的水化斥力穩定效應。
2、基于氣泡的穩定性理論，發展了一種免脫氣凝膠注模成型技術制備莫來石陶瓷。利用硅溶膠對氧化鋁顆粒的空缺穩定作用，在pH=9.5左右制備了固相(氧化鋁和二氧化硅)體積分數達50％，表觀粘度小于1.0Pa·s的符合莫來石計量組成的漿料；通過調節NH4Cl濃度促進漿料凝膠化，實現了漿料的凝膠注模成型。漿料中未引入任何表面活性物質，無需對漿料進行脫氣處理即可制備得到顯微結構致密、均Ⅰ勻的素坯，干燥收縮約4.2％，相對密度57.6％，抗折強度4.83MPa。硅溶膠凝膠化在氧化鋁顆粒表面形成納米包覆微復合結構，可實現莫來石陶瓷的瞬態粘滯燒結，坯體開始莫來石化和完全莫來石化溫度分別為1400℃和1600℃，坯體致密化進程主要在完全莫來石化前，1650℃保溫2h，燒結體相對密度為95.0％。
3、利用漿料pH值調整時形成鋁離子引起的溶膠—凝膠失穩機理，發展了一種莫來石陶瓷制備新工藝。在pH=2.0左右制備了固相體積分數達55％，表觀粘度小于1.0Pa·s的符合莫來石計量組成的漿料，利用尿素的自水解反應調節pH值從2.0左右位移至5.0左右，促進漿料凝膠化，一方面實現了漿料的水解反應誘導原位凝固成型和納米包覆微復合結構的形成，另一方面，利用坯體中形成的少量鋁硅凝膠，在1100～1250℃原位合成莫來石晶種，促進坯體的莫來石化和致密化。在不加表面活性物質和無需對漿料進行脫氣處理條件下，可成型得到顯微結構致密、均勻的素坯，干燥收縮為3.4％，相對密度為61.3％，抗折強度為5.14MPa。坯體燒結過程中，開始莫來石化和完全莫來石化溫度分別下降到1300℃和1500℃，致密化進程包括莫來石化前和莫來石化后兩個階段，莫來石化后坯體仍有明顯的收縮，1650℃保溫2h，燒結體相對密度為97.5％。
具有工藝簡單，成本低，坯體缺陷少，燒結體可靠性好等特性，在Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、PZT等精密陶瓷部件近凈尺寸成型制備中已得到廣泛的研究與應用。莫來石具有荷重軟化點高、抗蠕變性能好、化學和熱穩定性良好、熱導率和熱膨脹系數低等特性，是一種重要的高溫結構材料，但關于膠態原位凝固成型制備高性能莫來石結構陶瓷的研究很少，關于免脫氣膠態原位凝固成型工藝尚未見研究報道。
本文全面論述了膠態原位凝固成型的研究與發展現狀，簡要回顧了莫來石陶瓷的合成、成型與燒結等的研究進展。在此基礎上，選用硅溶膠和氧化鋁微粉作為原材料，采用膠態原位凝固成型工藝制備莫來石陶瓷，揭示了影響硅溶膠分散氧化鋁漿料的穩定與失穩機理，發展了兩種免脫氣膠態原位凝固成型技術制備莫來石陶瓷素坯；利用硅溶膠凝膠化在氧化鋁顆粒表面形成納米包覆微復合結構，實現了莫來石陶瓷的瞬態粘滯燒結；利用強酸性漿料凝固成型后形成的鋁硅凝膠，在低溫下原位合成莫來石晶種，促進了坯體的莫來石化和致密化燒結，這對于充分利用無機溶膠制備新型復合陶瓷以及低成本制備高純、高性能莫來石基陶瓷具有重要的理論價值和指導意義。
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