分散剂交联反应制备碳化硅陶瓷及其性能研究

发布时间：2020-03-20 02:56

【摘要】：本论文针对陶瓷胶态成型中存在的反应体系有毒、湿坯强度低、固化时间长等问题,提出了分散剂交联反应制备碳化硅陶瓷的新型直接凝固注模成型方法。采用聚乙烯亚胺作为分散剂,在pH=5-6添加0.2wt%的分散剂可以得到固相含量为50vol%,粘度为0.87Pa s的碳化硅悬浮体。采用羧甲基纤维素钠作为固化剂,系统研究了不同温度下,固化剂对碳化硅悬浮体粘度和zeta电位的影响,阐述了分散剂交联反应固化工艺的原位凝固机理。研究发现,在70oC的高温下,添加0.2wt%的羧甲基纤维素钠,碳化硅悬浮体的粘度在30min内上升至25 Pa s,可以实现其原位凝固。原位固化机理是由于高温下,固化剂可以与分散剂发生交联反应,使分散剂对碳化硅粉体颗粒的分散作用逐渐减弱,悬浮体的等电点发生偏移,zeta电位降低,悬浮体失去原有的静电空间位阻稳定,最终导致其原位凝固。通过分散剂的交联,反应产物可以在坯体中形成三维网络结构,有效的提高坯体强度;制备的碳化硅坯体抗压强度为1.99MPa,较传统直接凝固注模成型制备的非氧化物陶瓷坯体有明显的提高。通过无压烧结和热压烧结,分别制备了相对密度为98.8%和99.3%,抗弯强度为720.34±71.42 MPa和753.93±67.89 MPa的碳化硅陶瓷。采用分散剂交联反应直接凝固注模成型工艺,可以制备高性能致密的碳化硅陶瓷,为先进陶瓷胶态成型工艺和非氧化物陶瓷的制备工艺提供了新的思路。
【图文】：

形貌,陶瓷部件,陶瓷,可靠性

会导致陶瓷粉体的大量团聚，从而影响到陶瓷材料结构的稳定性的生产作业中只能制备一些简单形状的陶瓷，，这大大限制了陶瓷成型的工艺技术可以用于制备各种形状的陶瓷制品，但是湿法陶的缺点。[9]比如注浆成型所需要花费的时间过长，且在制备陶瓷较大，形貌粗糙，均匀性也较差，陶瓷制品的性质较差，收缩大注射成型在制备陶瓷制品的过程中需要加入大量的有机材料，对备的陶瓷坯体需要经过脱脂的过程。[10,11]技术的迅速发展，对新材料的研究和应用不断提出更高的要求。高温环境使用性能，广泛应用于高性能结构材料中。但是陶瓷材逐渐不能满足高性能结构材料的发展和应用。由于陶瓷材料的高加工过程非常困难，且增加了不必要的生产成本。这就要求在陶要成型复杂形状的陶瓷坯体来避免后期加工过程的困难。陶瓷胶瓷部件的制备提供了可能。

示意图,碳化硅,堆垛,示意图

其是利用石英砂或者煤焦以及木屑等其他原料在电阻炉内的高温环境中炼制成。在大自然中碳化硅是一种比较难以找见的矿物质。当前，在我国所生产的工业化硅主要分为黑色和绿色两种形式，这两种都是六方晶体，其比重在 3.20 和 3.25 之。[19]碳化硅是一种共价化合物，形成碳化硅晶体的碳元素以及硅元素两者的基本单都是四面体，所以是又四面体所推积的，只是结合的方式不同而已。对碳化硅的变体进行分析，起共有七十五中多变体，其中 α-SiC 和 β-SiC 比较常见。而 β-SiC 的晶结构主要是立方晶系，其中的碳元素和硅元素度形成面心立方体。而 α-SiC 则是一多种型体，而在工业的应用上则是 6H 型较为常见。在碳化硅的多种型体中又一种热定性的关系，不同的温度范围碳化硅的形式也不同。在小于 1600oC 时，主要存在的式是 β-SiC，在高于 1600oC 时逐渐表现为 α-SiC 的形式存在，而在 2000oC 时则是H-SiC 较多，而在 2100oC 以上则是 15R-SiC 和 6H-SiC 的形式较多，当温度在 2200oC上时，6H-SiC 仍然表现出来较好的稳定性。虽然碳化硅材料的型体种类较多，但是个型体之间的自由能之间相差较小。[20]碳化硅原子的堆垛示意图如下：
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1

【参考文献】