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超細(xì)改性SiC粉體的制備及性能研究

發(fā)布時(shí)間:2020-09-11 09:14
   SiC作為一種性能優(yōu)異的非氧化物陶瓷材料有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值,高固含量低粘度的SiC漿料是制備優(yōu)異重結(jié)晶SiC陶瓷制品的前提。本文通過對(duì)FMT(國(guó)產(chǎn))SiC和SGB(進(jìn)口)SiC粉體性能的差異對(duì)比,SiC漿料穩(wěn)定分散機(jī)理的探討,對(duì)FMT SiC粉體進(jìn)行接枝聚合包覆改性制得了性能較原始SiC粉有明顯提升的改性SiC粉體。主要研究結(jié)論如下:1.FMT SiC粉體與SGB SiC粉體的表面性質(zhì)及漿料性能都存在明顯差距:兩種粉體的粒徑分布大體一致,分布在0.1~10 μm之間;FMT SiC粉體的顆粒形貌多為片狀多面體,而SGB SiC粉體的顆粒較為規(guī)則均一。SGB SiC粉體的堆積密度為0.85 g/cm3大于FMT SiC粉體的堆積密度0.77g/cm3,SGBSiC粉體的接觸角為14°,FMTSiC粉接觸角為22°。在漿料固含量、分散性及流變特性方面,SGB SiC漿料的最大固含量為65%,遠(yuǎn)高于FMTSiC漿料的40%,同時(shí)體積固含量為10%條件下SGB SiC漿料24h沉降率為40%,FMT沉降率為100%。同一固含量條件下SGB SiC漿料比FMT SiC漿料粘度低,剪切速率為100s-1時(shí),FMT SiC漿料粘度值為350mPa · s-1,SGB SiC漿料粘度值為16mPa ·s-1。2.采用球磨分散的方法制備了高固含量低粘度的SiC漿料。PVP、KH560、TMAH三種改性劑改性SiC粉最大體積固含量分別為46%,50%和58%,TMAH改性SiC粉漿料的Zeta電位值最大,為-34.7mv,體積固含量為10%條件下24h沉降率由原來(lái)的100減小至60%,分散穩(wěn)定性最好。三種改性劑均可減小碳化硅粉體漿料粘度,TMAH改性SiC粉體漿料在相同體積固相含量同一剪切速率條件下的粘度值最低,在體積固含量為55%時(shí),剪切速率為100s-1時(shí),粘度值為1218mPa·s-1。3.采用接枝聚合包覆改性的方法對(duì)SiC粉體進(jìn)行表面改性,制得了超細(xì)改性SiC粉體。探究了改性工藝的最佳工藝參數(shù):第一步硅烷偶聯(lián)劑預(yù)處理采用球磨方式,反應(yīng)時(shí)間為2h,添加量為1%;第二步接枝聚合溫度為90℃,聚合時(shí)間為4h,單體丙烯酰胺的用量為3%,引發(fā)劑過硫酸銨的用量為0.5%。聚丙烯酰胺在SiC表面的包覆率為2.6%。SiC粉體經(jīng)改性后,中位徑由1.21 μ m增至1.23 μ m,堆積密度由初始0.77g/cm3增至0.90g/cm3。改性后的SiC漿料最大固含量由原始的40%增大至55%,體積固含量10%條件下24h沉降率為39%,分散穩(wěn)定性和流動(dòng)性大大提升。改性后的SiC粉只是表面性質(zhì)發(fā)生了改變,仍保有SiC的物相結(jié)構(gòu)
【學(xué)位單位】:北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位年份】:2018
【中圖分類】:TQ174.1
【部分圖文】:

示意圖,水作用,硅羥基,氫鍵


圖1-1硅羥基與水作用氫鍵示意圖逡逑ematic邋diagram邋of邋hydrogen邋bond邋between邋hydroxy邋an機(jī)理逡逑微米級(jí)的超細(xì)碳化硅粉體之間存在很強(qiáng)的團(tuán)是由于碳化硅粉體在超細(xì)粉碎的過程中由于大量的電荷,這些粒子極不穩(wěn)定,非常容易由于粉體表面帶有大量能量,使得粉體表面低表面能,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。正是由于碳化硅體漿料的使用性能較差,因此必須要對(duì)碳化之間的團(tuán)聚作用['這樣便可提高粉體在水、流動(dòng)性好的粉體漿料。因此表面改性是一

示意圖,作用原理,固含量


邐/H逡逑/邋\0_H--0/逡逑圖1-1硅羥基與水作用氫鍵示意圖逡逑Fig.邋1-1邋schematic邋diagram邋of邋hydrogen邋bond邋between邋hydroxy邋and邋water逡逑1.4邋SiC粉體改性機(jī)理逡逑粒徑處于微米亞微米級(jí)的超細(xì)碳化硅粉體之間存在很強(qiáng)的團(tuán)聚作用。原因主逡逑要來(lái)自于兩方面。一是由于碳化硅粉體在超細(xì)粉碎的過程中由于磨擦、撞擊等機(jī)逡逑械作用使其表面積累大量的電荷,這些粒子極不穩(wěn)定,非常容易通過庫(kù)侖力的作逡逑用集聚一起[18]。二是由于粉體表面帶有大量能量,使得粉體表面能過高,這些粒逡逑子會(huì)通過聚集團(tuán)聚降低表面能,達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。正是由于碳化硅粉體顆粒之間的逡逑團(tuán)聚使得配制成的粉體漿料的使用性能較差,因此必須要對(duì)碳化硅粉體進(jìn)行表面逡逑改性以減小粉體顆粒之間的團(tuán)聚作用['這樣便可提高粉體在水中的分散性能,逡逑同時(shí)可制得固含量高、流動(dòng)性好的粉體漿料。因此表面改性是一種制備高性能粉逡逑體漿料的有效途徑。逡逑3逡逑

接枝改性,反應(yīng)機(jī)理,改性劑


圖1-3邋SiC接枝改性反應(yīng)機(jī)理逡逑Figl-3邋Image邋of邋SiC邋graft邋acting邋mechanism逡逑圖1-3為一種SiC表面接枝聚合改性機(jī)制圖,接枝聚合包覆改性相比于傳統(tǒng)逡逑改性方法具有穩(wěn)定性強(qiáng)、改性效果顯著、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),是改性SiC粉體很有逡逑前景的一種改性方法。逡逑1.7邋SiC常用改性劑種類逡逑改性劑是顆粒表面通過吸附、反應(yīng)、包覆將其包覆在顆粒表面,將顆粒表面逡逑原始的性質(zhì)替換成改性劑的性質(zhì)[37],因此改性劑的選取對(duì)于表面改性的重要性不逡逑言而喻。超細(xì)粉體的應(yīng)用一般都尤其特定的背景和條件,而對(duì)改性劑的選取也要逡逑示具體條件而定,根據(jù)使用目的和工業(yè)條件分別選取不同種類的改性劑。經(jīng)常用逡逑的改性劑一般有如下幾種:偶聯(lián)劑類、表面活性劑類、聚合物類、超分散劑類、逡逑水溶性高分子類[38],這幾類改性劑均可明顯改變粉體顆粒的表面性質(zhì),起到改性逡逑粉體漿料性能的作用。逡逑7逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào):2816493

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