分散稳定陶瓷浆料的制备及注浆成型

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重结晶碳化硅(Recrystallized Silicon Carbide, R-SiC)材料,具有优良的高温机械性能、良好的抗氧化、抗侵蚀能力和极高的强度,可应用于多种空心高温结构件。但是目前国内生产的高端R-SiC制品的使用温度、强度和使用寿命等性能与国外还有一定的差距。因此改进材料的性能和成型工艺,对高性能R-SiC制品的研制十分必要。在R-SiC陶瓷烧结过程中,SiC具有无高温液相收缩性,制品的密度由成型坯体密度所决定,提高R-SiC制品性能的关键是提高成型坯体的密度。本研究采用SiC为主要原料,通过SiC粉体表面改性—无污染SiC/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合模具制备—离心压力注浆成型来获得高密度坯体。本文主要研究了改性工艺对SiC粉体分散性能和浆料流变特性的影响,确定了影响浆料粘度经时变化的因素,改进提高坯体密度的消泡工艺;研究了影响SiC/PMMA复合模具孔径、孔隙率和强度的因素;探讨了模具结构、离心速率和成型压力对离心压力注浆成型坯体的影响,确定最佳工艺参数。实验结果表明:当硅烷偶联剂YDH560和自制改性保护剂A-3对SiC微粉进行双层包覆改性前后,粉体Zeta电位最大绝对值从41.2mV提高到62.5mV,同时固含量70vol%的浆料粘度增量在低速搅拌12h后从630mPa-s降低至230mPa-s,坯体密度达到2.69g/cm3。10μmSiC固含量40vol%,PMMA固含量10vol%的复合浆料在65℃固化,制得抗折强度为8MPa,平均孔径3.5μm,气孔率44%的SiC/PMMA复合模具。在离心转速200rpm,成型压力0.8MPa,成型时间60s的条件下,制得整形坯体内外表层密度差异<0.05,离心压力注浆坯体密度比石膏模注浆成型提高1.5%,达到2.73 g/cm3。研究表明,高活性改性SiC微粉表层接枝改性物在碱性环境中的脱附,是造成高固含量浆料粘度随搅拌时间延长而变化的主要原因,浆料消泡效果直接影响坯体密度及其稳定性;SiC粒径的减小和固含量的增加会增加浆料的粘度,降低模具孔径和亲水性,PMMA的固含量和水含量决定模具的气孔率;离心转速和成型压力共同作用,影响成型时间,坯体结构和成型密度。
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