溶胶凝胶技术制备硅铝氧化物溶胶包覆碳材料的性能研究

发布时间：2018-03-14 10:06

本文选题：溶胶-凝胶技术　切入点：涂层　出处：《中原工学院》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本文分以异丙醇铝、硝酸铝、正硅酸乙酯为实验原料,采用溶胶-凝胶技术制备硅铝氧化物前驱体溶胶,利用浸渍搅拌法将制备的硅铝氧化物前驱体溶胶包覆于金刚石及碳纤维试样的表面,热处理后在金刚石和碳纤维的表面形成热性能和机械性能良好的硅铝氧化物涂层,通过分析DSC-TG、SEM、XRD、冲击韧性测试和单颗粒抗压强度测试等实验数据讨论了硅铝氧化物涂层对金刚石和碳纤维的热性能和机械性能的影响。将包覆了硅铝氧化物涂层的金刚石颗粒作为磨粒用于制备树脂结合剂金刚石磨具,并进行硬度、抗弯强度及耐磨性测试,将测得的数据与普通金刚石树脂磨具进行对比,讨论了硅铝氧化物涂层对磨具性能的影响。本文的实验部分包括:(1)Al2O3-SiO2系溶胶的制备工艺;(2)Al2O3-SiO2涂层对金刚石性能的影响;(3)Al2O3-SiO2涂层对树脂结合剂金刚石磨具性能的影响;(4)3Al2O3-2SiO2涂层对碳纤维热性能的影响。在制备Al2O3-SiO2前驱体溶胶的实验中,溶胶体系的pH需要通过控制乙酸的加入量进行调节。研究发现,当体系的pH=3时,此溶胶体系由溶液状态完全转化为溶胶状态所需要的时间为7.9h,当体系在酸性环境时,体系由溶液状态转变为溶胶状态所需要的时间随体系pH的增大而增加。本章实验利用差示扫描量热仪(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)对热处理后的Al2O3-SiO2粉体进行热性能分析和形貌分析,数据表明,此溶胶体系中体系pH的变化对Al2O3-SiO2粉体的热性能有明显的影响。在Al2O3-SiO2涂层对金刚石性能的影响的研究中,利用浸渍搅拌法将制得的Al2O3-SiO2前驱体溶胶包覆于金刚石表面,经热处理后在金刚石表面形成Al2O3-SiO2涂层。研究发现,在金刚石的包覆过程中,不同的搅拌速度对金刚石表面最终形成的Al2O3-SiO2涂层的厚度及涂层对金刚石包覆的完整性有明显的影响。数据表明,当搅拌速度被设定为400rpm时,经过热处理后在金刚石表面形成的Al2O3-SiO2涂层的厚度较大,涂层完整且致密。通过DSC-TG测试、冲击韧性测试、单颗粒抗压强度测试等方法对金刚石试样进行性能表征,数据表明,在金刚石表面形成的Al2O3-SiO2涂层使金刚石的抗氧化性提高了100℃,冲击韧性提高11%,单颗粒抗压强度提高100psi。在Al2O3-SiO2涂层对树脂结合剂金刚石磨具性能的影响的研究中,使用表面存在Al2O3-SiO2涂层的金刚石作为磨粒制作树脂结合剂金刚石磨具,数据表明,涂层金刚石树脂磨具的硬度和抗弯强度与普通金刚石树脂磨相比具有了较大提高,其耐磨性提高了12%。在3Al2O3-2SiO2涂层对碳纤维热性能的影响的研究中,在制备Al2O3-SiO2前驱体溶胶的基础上通过调整硅源、铝源的配比制备3Al2O3-2Si O2前驱体溶胶,并将溶胶包覆于碳纤维试样表面,热处理后在碳纤维表面形成3Al2O3-2SiO2涂层。利用TG测试、XRD分析等测试方法对涂层碳纤维试样的热性能进行表征。研究发现,3Al2O3-2SiO2前驱体溶胶的浓度对在碳纤维表面最终形成的3Al2O3-2SiO2涂层的厚度有明显的影响,且涂层的存在使碳纤维在恒温工作条件下的抗氧化性提高了40%,连续升温工作条件下的抗氧化性提高200℃。
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【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

【参考文献】