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碳化硅粉体表面改性及浆料流变性研究

【摘要】:SiC是有着优异性能的非氧化物材料,在材料行业应用广泛,尤其是在陶瓷材料方面,高固相含量、低粘度的悬浮浆料的制备是获得优质SiC陶瓷的前提。随着科技的不断进步,SiC粉体原料粒度愈来愈超细化,这给超细SiC粉体悬浮浆料的获得带来了一定的困难。为此,本论文主要研究了SiC粉体表面改性以及通过粉体表面改性制备出粘度低、固相含量高、流动性好、稳定性高的SiC悬浮浆料。 研究中采用了两套方案对SiC粉体进行表面改性:一是利用正硅酸乙酯先对SiC粉体进行处理,再分别利用乙二醇和聚乙二醇进行表面改性;二是采用硅烷偶联剂先对SiC粉体进行改性,再利用丙烯酰胺进行改性。研究结果表明:在第一种方案中,经聚乙二醇改性的SiC粉体分散性达到最好,并且由超细粉体制备的悬浮浆料固相含量可达45vol%。另外,当改性剂聚乙二醇含量为2wt%时,粘度值最小,剪切速率为49.81s-1时,粘度约233.352mPa·s;经乙二醇改性后的SiC粉体浆料的最大固相含量也可以达到45vol%,改性剂乙二醇最佳含量值为3wt%,但在同样剪切速率为49.81s-1时,粘度约为300.024mPa·S。主要是两种改性剂的改性机理不同而所致。在第二种方案中,经丙烯酰胺改性后的SiC粉体分散性不高、稳定性较低,此时由超细粉体制备的悬浮浆料固相含量只达40vol%。 本文利用FT-IR红外光谱仪、TG-DSC综合热分析仪、X射线分析仪、Zeta电位粒度分析仪等手段对SiC粉体的表面结构、胶体特性、分散稳定性等进行了研究。 研究表明,SiC粉体在改性前后,表面带电特性有较大的改变。第一种方案里,等电点向碱性方向偏移,经乙二醇改性后,电位最大绝对值由16.22mv提高到22.69mv。由于聚乙二醇是非离子型聚合物,对电位影响较小。经丙烯酰胺改性后,其最大正电位达到22.13mv。在粉体的流变性研究过程中,从固相含量与粘度,剪切速率与剪切应力,剪切速率与粘度的关系等方面进行了分析。在经改性剂聚乙二醇改性后的SiC粉体中加入一定量的粗粉,研究了粗粉与细粉质量配比为1:1时的流变性,其固相含量提高到50vol%。

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