【摘要】：本論文針對(duì)陶瓷膠態(tài)成型中存在的反應(yīng)體系有毒、濕坯強(qiáng)度低、固化時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題,提出了分散劑交聯(lián)反應(yīng)制備碳化硅陶瓷的新型直接凝固注模成型方法。采用聚乙烯亞胺作為分散劑,在pH=5-6添加0.2wt%的分散劑可以得到固相含量為50vol%,粘度為0.87Pa s的碳化硅懸浮體。采用羧甲基纖維素鈉作為固化劑,系統(tǒng)研究了不同溫度下,固化劑對(duì)碳化硅懸浮體粘度和zeta電位的影響,闡述了分散劑交聯(lián)反應(yīng)固化工藝的原位凝固機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),在70oC的高溫下,添加0.2wt%的羧甲基纖維素鈉,碳化硅懸浮體的粘度在30min內(nèi)上升至25 Pa s,可以實(shí)現(xiàn)其原位凝固。原位固化機(jī)理是由于高溫下,固化劑可以與分散劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),使分散劑對(duì)碳化硅粉體顆粒的分散作用逐漸減弱,懸浮體的等電點(diǎn)發(fā)生偏移,zeta電位降低,懸浮體失去原有的靜電空間位阻穩(wěn)定,最終導(dǎo)致其原位凝固。通過(guò)分散劑的交聯(lián),反應(yīng)產(chǎn)物可以在坯體中形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),有效的提高坯體強(qiáng)度;制備的碳化硅坯體抗壓強(qiáng)度為1.99MPa,較傳統(tǒng)直接凝固注模成型制備的非氧化物陶瓷坯體有明顯的提高。通過(guò)無(wú)壓燒結(jié)和熱壓燒結(jié),分別制備了相對(duì)密度為98.8%和99.3%,抗彎強(qiáng)度為720.34±71.42 MPa和753.93±67.89 MPa的碳化硅陶瓷。采用分散劑交聯(lián)反應(yīng)直接凝固注模成型工藝,可以制備高性能致密的碳化硅陶瓷,為先進(jìn)陶瓷膠態(tài)成型工藝和非氧化物陶瓷的制備工藝提供了新的思路。
【圖文】：

會(huì)導(dǎo)致陶瓷粉體的大量團(tuán)聚，從而影響到陶瓷材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的生產(chǎn)作業(yè)中只能制備一些簡(jiǎn)單形狀的陶瓷，，這大大限制了陶瓷成型的工藝技術(shù)可以用于制備各種形狀的陶瓷制品，但是濕法陶的缺點(diǎn)。[9]比如注漿成型所需要花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且在制備陶瓷較大，形貌粗糙，均勻性也較差，陶瓷制品的性質(zhì)較差，收縮大注射成型在制備陶瓷制品的過(guò)程中需要加入大量的有機(jī)材料，對(duì)備的陶瓷坯體需要經(jīng)過(guò)脫脂的過(guò)程。[10,11]技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)新材料的研究和應(yīng)用不斷提出更高的要求。高溫環(huán)境使用性能，廣泛應(yīng)用于高性能結(jié)構(gòu)材料中。但是陶瓷材逐漸不能滿(mǎn)足高性能結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展和應(yīng)用。由于陶瓷材料的高加工過(guò)程非常困難，且增加了不必要的生產(chǎn)成本。這就要求在陶要成型復(fù)雜形狀的陶瓷坯體來(lái)避免后期加工過(guò)程的困難。陶瓷膠瓷部件的制備提供了可能。

其是利用石英砂或者煤焦以及木屑等其他原料在電阻爐內(nèi)的高溫環(huán)境中煉制成。在大自然中碳化硅是一種比較難以找見(jiàn)的礦物質(zhì)。當(dāng)前，在我國(guó)所生產(chǎn)的工業(yè)化硅主要分為黑色和綠色兩種形式，這兩種都是六方晶體，其比重在 3.20 和 3.25 之。[19]碳化硅是一種共價(jià)化合物，形成碳化硅晶體的碳元素以及硅元素兩者的基本單都是四面體，所以是又四面體所推積的，只是結(jié)合的方式不同而已。對(duì)碳化硅的變體進(jìn)行分析，起共有七十五中多變體，其中 α-SiC 和 β-SiC 比較常見(jiàn)。而 β-SiC 的晶結(jié)構(gòu)主要是立方晶系，其中的碳元素和硅元素度形成面心立方體。而 α-SiC 則是一多種型體，而在工業(yè)的應(yīng)用上則是 6H 型較為常見(jiàn)。在碳化硅的多種型體中又一種熱定性的關(guān)系，不同的溫度范圍碳化硅的形式也不同。在小于 1600oC 時(shí)，主要存在的式是 β-SiC，在高于 1600oC 時(shí)逐漸表現(xiàn)為 α-SiC 的形式存在，而在 2000oC 時(shí)則是H-SiC 較多，而在 2100oC 以上則是 15R-SiC 和 6H-SiC 的形式較多，當(dāng)溫度在 2200oC上時(shí)，6H-SiC 仍然表現(xiàn)出來(lái)較好的穩(wěn)定性。雖然碳化硅材料的型體種類(lèi)較多，但是個(gè)型體之間的自由能之間相差較小。[20]碳化硅原子的堆垛示意圖如下：
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ174.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2591134