文摘
为了解决传统的陶瓷方法很难的问题和复杂的结构,形成多孔陶瓷模具生产周期长,成本高,作者提出3 d打印技术的应用和多孔纳米陶瓷装饰在室内景观设计。基于使用photocuring成型技术制造高精度常规树脂模具,优化低粘度,高固体含量氧化铝陶瓷泥浆凝胶所需的注塑工艺,形成氧化铝陶瓷空白的一个真空压力的过程,从而实现的净形状复杂结构多孔陶瓷部件。针对在复杂结构陶瓷泥浆的填充问题在这个过程中,泥浆pH值的影响,分散剂用量,在陶瓷成型和真空增压过程进行了研究,和参数,如孔隙度和抗压强度的绿色身体测试。实验结果显示如下。9日的pH值条件下的分散剂质量分数为0.4%,和90分钟的真空压力,氧化铝陶瓷的体积分数为52%可以准备好,孔隙度为51.5%,抗压强度为40.1 MPa。陶瓷材料准备的这个过程已经完成结构和表面光滑,可以用来作为制备多孔陶瓷的过程与复杂结构零件。
1。介绍
随着时代的发展变化,人们的生活环境也发生了翻天覆地的变化;由于工业化的普及和人们的高密度聚集,人们的生活环境已经从田园诗般的乡村和小城镇发展的城市高楼大厦(1]。大量的高层建筑的出现使人们远离自然,生活在城市和城市绿色植物很少可以看到2]。因此,在当前的城市生活,人们有更高的渴望自然景观、景观等植物,河流,和岩石可以大大城市人放松紧张的神经,改善人们的精神状态3]。由于这种需求,人们不断努力迁移在室内自然景观,这也是室内景观设计的起源。
室内景观设计的发展主要经历了三个阶段的现代主义、后现代主义、新现代主义;随着环境危机和能源危机的出现在新时代,室内景观设计已逐渐向功能和理性,和保护生态环境的主要目标(4]。与西方相比,中国的室内景观设计没有西方的复杂和丰富的艺术流派,但它也有自己的独特的艺术风格和多年的成功经验。在中国,人们更喜欢水局设置场景。此外,石集,工厂集,展馆和其他风格的庭园建筑也是中国人民的偏好。通过这些元素的组合,可以形成一个区域内部特征的景观,和符合中国人的审美5]。随着时代的发展和进步,人们的审美和设计需求改善,和室内景观设计不再局限于美学和舒适但也需要互动和情报(6]。
21世纪的技术创新在很大程度上受益于更多的微观现象的理解和相应的操作技术的发展。然而,从宏观视角,追求更微观的传统技术发展在许多领域将达到极限。是不可能达到新的高度,没有新发现,从根本上有别于传统技术(7]。纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指陶瓷材料的显微结构;谷物、谷物边界,以及它们之间的组合都是在纳米级别(1 - 100 nm),大大提高了强度,韧性,和材料的超塑性;它克服了许多工程陶瓷的缺陷和对机械有着重要的影响,电、热、磁、光、和其他材料的属性,它开辟了一个新的领域替代工程陶瓷的应用程序(8]。纳米技术的广泛应用,生产nano-ceramics,希望能克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷一样灵活和可加工的金属。纳米耐高温陶瓷粉末涂料是一种材料,通过化学反应形成耐高温陶瓷涂层(9]。
2。文献综述
陶瓷的应用在我国有悠久的历史。从传统陶瓷在日常生活中使用现代电子陶瓷、结构陶瓷、和其他特种陶瓷,陶瓷的应用范围已经经历了巨大的变化;由于其耐高温、高硬度和高导热系数,它吸引了学者们的关注10]。制备陶瓷的传统方法是混合,形状,各种原料烧结粉末获得陶瓷部件。然而,由于所需的高温陶瓷烧结,形状,大小,和属性很容易受到烧结过程的影响,以及陶瓷本身是脆弱且难以烧结后再加工;因此,一些陶瓷具有高表面质量和精度是由传统的制备技术(很难获得11]。3 d打印技术在解决这个问题中起着重要的作用。
根据文档中的模型,三维激光打印技术使用胶粘剂材料从底层到印刷一层一层地,然后结合到3 d对象模型(12]。与3 d激光打印技术的不断发展,快速成型技术也取得了很大的突破,在许多领域广泛应用。传统3 d印刷之前,有必要使用相关软件手动操作虚拟模型,和工作量大,费时,费力,大大提高了重建的困难;同时,整个过程的效率,从模型设计到3 d打印技术是降低(13]。
多孔陶瓷材料不同于传统陶瓷材料由于许多孔的结构;表观密度低的特点,光相对重量、吸声、隔热和良好的过滤性和吸附,它们可用于流体分离和过滤、降噪、能量吸收和缓冲,屏蔽电磁信号,保温,热交换,催化剂(14]。由于穷人电导率、高硬度和高熔点陶瓷,许多复杂形状的高强度和高性能陶瓷结构部分很难直接形式。凝胶注模技术不仅可以获得绿色胚胎与机械强度高,但也不限于复杂成型形状和大小,但模具依赖的局限性使产品设计周期长(15]。凝胶注模技术不仅可以获得高机械强度胚胎也不受复杂的形状和大小。然而,依赖模具的限制使产品设计周期长。这种方法不仅可以轻松地获得多孔陶瓷材料但也改变模具的形状根据需要在任何时候,这有利于各种比较和实验,需要较少的设备和原材料,过程简单;它提供了一个参考的制备多孔陶瓷部件具有复杂结构(16]。有两个主要因素影响结构完整性的陶瓷浆料在灌装的过程中复杂的模具结构:一个是陶瓷泥浆本身的流变学和稳定性;另一个是在一般模具填充过程中,陶瓷泥浆可以只有完成泥浆本身的重力;然而,对于复杂的模具结构,在微观结构很难满足灌装需求仅由重力作用[17]。研究小组主要以这两点为研究内容:氧化铝陶瓷泥浆具有良好的均匀性、流动性、稳定性、和高固体含量将准备;陶瓷的灌装要求粘贴在复杂结构将实现通过使用的动力真空压力设备。
3所示。方法
3.1。陶瓷材料的力学性能分析
的影响和压缩加载陶瓷、陶瓷材料表面的微裂纹在介观层面导致不连续变形或位移不连续,同时,它也会导致毛孔的崩溃(18]。假设代表了状态变量在破坏方面,其控制方程可以表示如下: 在哪里t代表了运输时间,代表失败波的传播速度,X代表了微裂纹的表面积;然后,孔隙坍塌区域函数的值范围 如下: 在哪里代表了材料参数;H代表了函数;代表了剪切应力阈值形成的微裂纹系统的冲击压缩下陶瓷;和代表了宏观剪切应力材料达到极限状态时,它对应于微裂纹的过渡系统在陶瓷材料19]。脆弱的材料,因为静水压力和剪切应力共同影响材料的非弹性变形和失败响应,脆弱的值范围的功能 的陶瓷材料
其中,静水压力和剪切应力分别表示为 在哪里波参数和代表着失败代表了材料参数,参数的值主要取决于材料的微观结构。玻璃材料,抗压强度达到设定的影响范围,破坏波的形成可以观察到20.]。如果 设置,一维应变条件下,上述公式可以退化为 在哪里代表了纵向应力和代表了横向应力。
破坏性的波的传播,它假定破坏性波阵面位于位置一个在时间t和到达的位置B后dt时期。的具体表达公式的机械能守恒方程如下所示:
机械能量通量密度可以表示为
机械能量耗散率
对于脆性材料,非弹性体积应变的扩张主要是由于微裂隙的扩展;结合相关理论,得到一维应变压缩,然后
当应力状态在冲击压缩下的材料需要满足相应的故障判据,微裂隙的成核和扩展的材料主要是过渡沿着微晶晶内裂纹裂纹,和材料的孔隙度之间的关系以及静水压力可以表现在以下表格: 在哪里代表材料的孔隙度在静水压力和代表压缩因子。冲击压力之间的关系,失败的体积,并给出初始孔隙度如下:
为了准确地描述横压力的变化规律在一维应变条件下,材料的失败因素失败后过滤可以表示为
结合上面的公式,可以看出,材料的失败因素倾向于极限值1与载荷强度的增加,和泊松比之间的关系K层材料和失败的因素p可以表示为
其中,横在一维应变条件下应力可以表示为
3.2。实验
3.2.1之上。实验材料
在实验中使用的原材料是氧化铝粉末(平均粒径为200海里),有机单体甲基丙烯酰胺(老妈),交联剂methylenebisacrylamide (MBAM)催化剂tetramethylethylenediamine (tem),引发剂过硫酸铵(APS)分散剂DolapixCE64(主要成分是polyammonium丙烯酸甲酯)和氨。其他实验中使用的设备包括光固化3 d打印机,铸造树脂、钢球磨煤机行星,真空加压设备、干燥炉、管式烧结炉,如表所示1。
3.2.2。实验步骤
凝胶注射成型的工艺流程如图1。流程步骤如下。①添加氧化铝粉末,有机单体、交联剂,分散剂,溶剂去离子水在一定比例,并与球磨混合为一段时间形成粉末悬浮浆。②注塑前添加引发剂和催化剂,充分搅拌后,注入浆放入模具中,真空包装/增压。③在一定温度条件下,有机单体诱导发生凝胶反应,因此陶瓷泥浆固化,形成一个绿色的身体形成一定的力量。④在一定的温度下干燥得到一个绿色和高强度的身体。⑤Demold同时绿色身体脱脂和烧结过程中获得致密的陶瓷部件。
3.3。分析和测定
使用MIK-pH计测量泥浆pH值;SNB-1A-J数字旋转粘度计测量泥浆的粘度;阿基米德排水法测量陶瓷材料的孔隙度;和韦斯- 100万能试验机测量绿色身体抗压强度。
4所示。结果与讨论
泥浆中的陶瓷颗粒倾向于解决在重力的作用下,和稳定的泥浆可以反映沉积的程度。砂浆的体积分数为50%分别制备,以及分散剂(PMAA-NH4)添加质量分数为0.2%,和pH值调整到不同的pH值与氨水;彻底混合后,沉降程度和泥浆的粘度测量。
沉降率之间的关系和pH值如图2。从图可以看出,当pH值约为9时,沉积的程度很小,表明浆稳定性更好。泥浆粘度之间的关系和pH值如图3。随着pH值的增加,浆的粘度逐渐降低,达到最低的在pH值为8.5。随着pH值的增加,浆的粘度显示上升趋势。
一方面,分散剂会生成酸浆离子和分离离子;当pH值很小,离解度α的分散剂也小,聚合物电解质容易结块,导致降低砂浆的可分散性。当pH值高,分离的程度α也会增加;静电作用下,氧化铝粒子会吸附更多的酸离子,这将增加表面的负电荷,从而增加了静电排斥。另一方面,根据胶体理论,当陶瓷泥浆碱性作为一个整体,粒子的表面电荷很大,电动电势增加,颗粒之间的静电斥力增强,范德华力小,粒子之间的静电力是最强的,和泥浆处于一个相对稳定的状态;这时,酸的吸收离子由氧化铝粒子达到饱和。继续增加pH值后,多余的聚合物电解质的泥浆系统将增加泥浆的粘度;因此,碱性pH值时(约8.5到10.0),浆的分散稳定性是最好的。
浆液的体积分数为50%的准备,分别与氨水的pH值调整到9,和分散剂(PMAA-NH4)与不同质量分数增加,分别和薄泥浆的沉降度和粘度测量后彻底的混合。
沉降率之间的关系和分散剂质量分数图所示4。与分散剂的质量分数的增加,水泥浆的沉降速度呈下降的趋势;分散剂的质量分数为0.3%时,水泥浆的沉降率达到最小值。继续增加分散剂后,泥浆沉降速度略有增加。泥浆的粘度之间的关系和添加分散剂质量分数的图所示5。随着分散剂质量分数的增加,水泥浆的粘度也减少,质量分数为0.4%时,浆料的粘度达到最小值。质量分数继续增加,浆的粘度也增加。
双层的观点的影响,表面吸附形成的阴离子分散剂氧化铝粒子分离。阴离子的吸附部分anti-charge离子在溶剂中通过静电作用,形成双电层。这是带负电荷的排斥和稳定的相同的指控。从位阻效应的角度,聚合物分散剂有两种组:不溶性和可溶的不溶性集团将附着在表面的氧化铝粒子,可溶性组在溶剂中充分扩展,和两个粒子的空间位置在溶剂中更稳定;减少氧化铝粒子的沉降也使得粒子的表面更湿,减少了颗粒之间的摩擦降低粘度。如果反离子的质量分数增加溶剂中,也就是说,分散剂质量分数的增加,剩余的反离子将被迫抗衡离子层粒子表面由于静电斥力;通过这种方式,双电层的电荷斥力减少,整个系统会结块和变得不稳定。因此,研究小组选择分散剂质量分数为0.4%。
由于凝胶注射成型过程中,空气会不可避免地混合球磨过程中,泥浆制备、注射成型,形成毛孔,导致绿色身体的内部密度不均匀,影响强度、弹性模量和陶瓷材料的热导率。注射成型后使用吸尘过程能有效排出的空气浆,减少孔隙度。增压过程的主要功能是提高填充陶瓷泥浆的力量,所以它可以完成复杂的流动和小结构和提高陶瓷泥浆的充填能力。
铝浆是用体积分数为52%,9日的pH值和分散剂质量分数为0.4%,并可以看出绿色身体表面的真空要求获得的90分钟是光滑,清洁,和成型效果好。一方面,如果压力太大,陶瓷泥浆会有一定程度的弹性变形;压力释放后,陶瓷的身体会接受一定体积变形。另一方面,如果时间太长,这个过程将是漫长的,所以空白的影响后90分钟的真空压力足以满足填充的需要。
真空压力条件下的90分钟,氧化铝陶瓷浆料的体积分数为52%,pH值是9,分散剂的质量分数为0.4%,陶瓷材料制作。氧化铝陶瓷零件在管式炉degrease-stripping过程后得到600°C和烧结的1650°C 2小时。绿色的身体51.5%的孔隙度由阿基米德法测量。抗压强度为44.1 MPa。整个样本相对平坦,微米尺寸毛孔,可用于催化剂载体和过滤材料。
5。结论
作者提出3 d打印技术的应用和多孔纳米陶瓷装饰表在室内景观设计;等一系列高新性能延性和超塑性nano-ceramics展出,它完全提供了潜在的广阔的应用前景,但大多数制备技术仍处于实验研究阶段,只有少数进入应用阶段;此外,还有问题,如低输出,高成本,和工业生产困难,提高镀层的收集和存储也困难。nano-ceramics的研究和发展将不可避免地导致陶瓷行业的发展和改革,以及陶瓷发展的理论,甚至建立一个新的理论体系,以满足需求的纳米研究;纳米陶瓷材料有更好的性能,所以出现的新特性和功能是可能的。我们期待nano-ceramics在工程领域的广泛应用,甚至在日常生活中。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。