耐高溫陶瓷砂芯的基礎研究

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呂育儒(Yu-Ju Lu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

耐高溫陶瓷砂芯的基礎研究

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摘要(中)

本研究探討不同製做砂芯方式、不同耐火料顆粒大小、不同燒結溫度(與)與持溫時間(2hr、4hr與8hr)以及添加不同添加物對於燒結後陶瓷砂芯物理性質與機械性質的影響。
從耐火料粉末預拌中加入碳酸鈉(1wt%)與氯化鉀(1wt%)三點彎曲強度的強化效果為最佳。以此為參考組，改變選用的耐火料顆粒大小(安德烈森公式、粗顆粒及細顆粒)與燒結溫度(及)，當所選用的顆粒越細(細顆粒)、燒結溫度越高()時，有最佳的三點彎曲強度9.66MPa。在加入0.5wt%氧化鋁短纖維作為強化、增韌，最大燒結陶瓷彎曲彎曲強度提升至21.1MPa，氧化鋁短纖維添加量再增加的話，則會增加試片的孔洞率與密度及降低試片燒結陶瓷的彎曲強度。
在試片中放入銅線作為陶瓷/金屬複相強化，加入銅線的試片燒結陶瓷彎曲強度可達15.22MPa。在陶瓷粉末中加入氧化鋁粉(10wt%)以及鎳粉(10wt%)，燒結後陶瓷彎曲強度分別也來到了18.7MPa與17.6MPa。最後，探討陶瓷殺新的熱衝擊性、可行性，藉由第一階段的彎曲強度測試，第二階段的落球測試，來檢驗砂芯的強度與崩散性，發現試片燒結溫度在的崩散性表現較來得好。

摘要(英)

This study aims to investigate the effects of different processes, different particle sizes, different temperature of sintering processes and adding different potential reinforcement materials in the ceramic core.
When ceramic powder was added with 1wt% sodium carbonate and 1wt% potassium chloride, the sintered ceramic sample obtained high flexural strength of 7.74MPa. Effects of particle sizes (base on the Andreasen Eq.), sintering processing parameters on the flexural strength of sintered samples were studied. Experimental results found that using the fine particle (size #100) and sintering temperature at for 4 hours could yield high flexural strength.
The aluminum oxide fiber, aluminum oxide powder, nickel powder, and copper wire were further added in the ceramic powder to see the reinforcement effect. Experimental results indicated that the flexural strength of adding varying reinforced material could produce 15.2MPan in adding copper wire, 17.6MPa in adding nickel powders, and 18.7MPa in adding aluminum powder. A highest flexural strength of 21.1 MPa was measured when 0.5wt% aluminum oxide fiber was added in the ceramic sample. Increasing aluminum oxide fiber content increase the porosity of sintered ceramic to also decrease the bulk density and flexural strength.
Last but not least, ceramic cores were prepared for hot pouring test in the lost-wax casting process. The result showed that the ceramic specimens that sintered at for 2 hours got better collapsibility than those sintered at for 4 hours.

關鍵字(中)

★ 陶瓷砂芯
★ 脫蠟鑄造
★ 彎曲強度
★ 纖維增韌
★ 鎳金屬粉末增韌

關鍵字(英)

★ ceramic cores
★ lost-wax casting
★ flexural strength
★ nickel powder toughening

論文目次

第一章前言…………………………………………………………………………………1
第二章文獻回顧……………………………………………………………………………2
2-1 陶瓷砂芯的基本認識與用途………………………………………………………2
2-2 砂的介紹……………………………………………………………………………2
2-3 黏土的介紹…………………………………………………………………………3
2-4 高嶺土的介紹………………………………………………………………………3
2-4-1 高嶺土的結構…………………………………………………………………3
2-4-2 高嶺土的水合作用……………………………………………………………4
2-4-3 高嶺土的升溫相轉變機制……………………………………………………8
2-5 陶瓷纖維對於燒結後陶磁強度與結構的影響…………………………………11
2-6 耐火料顆粒粒度對陶瓷砂芯品質的影響………………………………………14
2-7 燒結參數對於陶瓷燒結的影響…………………………………………………16
第三章實驗步驟…………………………………………………………………………18
3-1 實驗用材料成分…………………………………………………………………18
3-2 實驗用設備與儀器………………………………………………………………19
3-3 實驗方法與試片製作……………………………………………………………20
3-3-1 製程一(高嶺土基材)…………………………………………………………20
3-3-2 製程二(高嶺土基材加入聚丙烯酸鈉與硬脂酸鈣)…………………………22
3-3-3 製程三(高嶺土基材加入矽溶膠)……………… ……………………………23
3-4 燒結程序與參數…………………………………………………………………25
3-5 外型與重量量測…………………………………………………………………27
3-6 孔洞率量測………………………………………………………………………27
3-7 彎曲強度實驗……………………………………………………………………28
3-8 落球實驗…………………………………………………………………………29
3-9 澆鑄與熱衝擊實驗………………………………………………………………30
第四章結果與討論………………………………………………………………………33
4-1 製程一(高嶺土基材)………………………………………………………………33
4-1-1 高嶺土添加量對於收縮率、孔洞率以及陶瓷彎曲強度的比較…………33
4-2 製程二(高嶺土基材加入聚丙烯酸鈉與硬脂酸鈣)………………………………34
4-3 製程三(高嶺土基材加入矽溶膠)………………………………………………35
4-3-1 不同高嶺土/矽溶膠比例對於收縮率、孔洞率以及陶瓷彎曲強度的比較…35
4-3-2 耐火料顆粒粒度與燒結時間對於陶瓷彎曲強度的影響…………………37
4-3-3 試藥級與工業及矽溶膠的比較……………………………………………38
4-4 鈉鹽、鉀鹽、鎂鹽、鉻鹽對燒結後燒結後陶瓷彎曲強度的影響…………………40
4-5 蠟的添加對於試片燒結後陶瓷彎曲強度的影響…………………………43
4-5-1 添加臘，改變燒結參數對於陶瓷彎曲強度的影響…………………………43
4-5-2 燒結參數、壓合方式及耐火料粒度對於陶瓷彎曲強度的影響46
4-6 加入其他添加物對於陶瓷彎曲強度的影響……………………………………48
4-6-1 加入氧化鋁纖維對於陶瓷彎曲強度的影響………………………………48
4-6-2 加入銅線對於陶瓷彎曲強度的影響………………………………………53
4-6-3 加入鎳粉及氧化鋁粉對於陶瓷彎曲強度的影響…………………………56
4-7 落球測試實驗……………………………………………………………………59
4-8 熱傳導係數與熱膨脹係數量測…………………………………………………62
4-9 澆鑄熱衝擊實驗與化學黏砂及清砂實驗………………………………………63

第五章結論………………………………………………………………………………70
第六章參考文獻…………………………………………………………………………71

參考文獻

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指導教授

施登士(Teng-Shih Shih)

審核日期

2019-8-19

推文