低浓度SiC粉体浆料的分散性和稳定性研究及其对SiC膜性能的影响

发布时间：2020-05-24 05:56

【摘要】：本文以碳化硅粉为主要原料,通过加入分散剂、乙醇和水成功制备出分散性和稳定性良好的低浓度碳化硅浆料,并以此为基础,分别采用浸浆法和喷涂法在碳化硅支撑体上进行涂覆,干燥,高温烧结制备出性能优异的纯碳化硅陶瓷膜。首先研究了球磨时间、pH、分散剂、固含量、颗粒级配对碳化硅陶瓷浆料的单因素影响。其分析结果表明:碳化硅浆料球磨时间从1小时至3小时,浆料颗粒逐渐分散,粒径变小,在球磨4小时后颗粒则呈先团聚现象;随着浆料pH值的升高,浆料Zeta电位绝对值呈先增后减的趋势,在pH为8时最大,同时,浆料的粘度、沉降高度和透光率呈类似趋势;随着TMAH添加量的增加,浆料粘度呈先减后增的趋势,Zeta电位绝对值呈先增后减的趋势,在添加量为1.6%时,粘度最小,Zeta电位绝对值最大;随着CMC-Na添加量的增加,浆料粘度呈先增后减的趋势,在添加量为0.4%时有极大值,此时浆料沉降高度和透光率最低;随着浆料固含量的增加,浆料粘度和沉降高度呈增加趋势;改变碳化硅颗粒的级配,在m(F1):(F2)=7:3时,浆料的粘度最小。为了进一步探究固含量、TMAH、CMC-Na、pH对浆料和陶瓷膜的影响因素主次,在上述基础上设计了L9(3~4)正交实验。其结果表明:浆料的粘度和沉降高度受固含量影响最大,陶瓷膜的平均孔径大小受CMC-Na添加量影响最大。综合考虑确定浆料最佳配方为:固含量为6%,pH为9,TMAH添加量为1.6%,CMC-Na添加量为0.4%。其次,研究了颗粒级配、固含量、烧结温度对一次涂膜后的陶瓷膜微观形貌、物相、孔径分布、纯水通量的影响。实验结果表明:样品烧结后的物相均为6H-SiC,采用喷涂法,颗粒级配为m(F1):m(F3)=5:5,烧结温度为2050℃时,陶瓷膜表面平整,无明显缺陷,颗粒圆润,颗粒大小无明显长大,膜层厚度约为20μm,孔径分布为0.67μm~1.89μm,平均孔径为1.154μm,纯水通量为15 m~3/(m~2·h)。第三,研究了颗粒级配、烧结温度对二次涂膜后的陶瓷膜微观形貌、物相、孔径分布的影响。实验结果表明:样品烧结后物相均为6H-SiC,采用喷涂法,颗粒级配为m(F3):m(F4)=7:3,烧结温度为1900℃时,陶瓷膜表面无缺陷,膜层强度较高,膜层厚度约为50μm,颗粒圆润,孔径分布为0.4μm~0.7μm,平均孔径大小为0.6139μm。
【图文】：

陶瓷膜,无机膜

耐高温、耐强酸强碱腐蚀；(2) 相对其他无机膜具有较大的通量压力降；(3) 易于反吹、过滤效率高；(4) 具有良好的热稳定性寿命长，多次使用过后依然能保持过滤效率。碳化硅陶瓷膜能严苛的环境，，能够广泛应用于油水分离、生物医药、气固分离众多领域，是一种有望取代其他无机膜材料的新型分离膜[14-16]

示意图,晶体结构,六方系,示意图

这些晶型均可列入六方系轴内，4H 为四层六方系，6H 为六层六方系，15R 为十五层菱面体系。当温度达到 2100℃时，立方相的 β-SiC开始不可逆地转变为 α-SiC，当温度接近 2400℃时，该转变迅速发生，当温度高于 2700℃时，不含杂质的碳化硅开始分解成硅蒸汽和碳。SiC 的常见晶型及晶格常数如表 1-1。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ163.4;TB383.2

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