（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）隨著(zhù)陶瓷技術(shù)的不斷發(fā)展, SiC微粉表面改性技術(shù)的研究越來(lái)越受到大家的關(guān)注,從查閱的文獻資料來(lái)看,在國內,陶瓷制品所用的高分散、均勻穩定的普通懸浮液的制備己基本趨于成熟,而高固相含量的懸浮液(漿料)因制備困難、技術(shù)保密等原因報道并不多。相比之下,國外制備高固相含量的懸浮液的水平遠遠高于我們,他們所用的SiC微粉和改性劑己形成了固定牌號的產(chǎn)品。
一、 陶瓷制品所用SiC微粉的改性研究進(jìn)展
上世紀80年代國外開(kāi)始對新型陶瓷制品的微粉材料改性如Al203、SiC、Si3N4等開(kāi)始研究,據文獻報道,美國福特汽車(chē)公司研究的SiC陶瓷用熱固性樹(shù)脂做載體制備的懸浮漿料,固體含量達74%,Nortno公司生產(chǎn)的陶瓷粉體,可制備固相含量達70%的懸浮漿料,德國FCT公司除提高粉體純度外,還通過(guò)獨特的表面處理技術(shù)和加入分散劑,使料漿的固相含量達到87.5%,經(jīng)成型和燒結大大提高了SiC陶瓷的密度。
瑞典L.Begrsrtno教授發(fā)明的在濃懸浮體中加入隨溫度變化的聚酷型兩性表面活性劑,其一端緊密吸附顆料表面,另一端向溶劑伸展,可達到使顆粒分散的目的。
國內對SiC、Si3N4;和SiC/Si進(jìn)行改性研究的機構主要有清華大學(xué)、上海硅酸鹽研究所、武漢理工大學(xué)、浙江大學(xué)等單位,他們主要是根據凝膠注漿成型(Gel一easting)和直接凝固注模成型(DierctCoagulationCasting)工藝技術(shù)要求,分別采用不同的分散劑對粒徑分布較寬的SiC微粉進(jìn)行了改性研究。
1.清華大學(xué)易中周、謝志鵬等采用機械力化學(xué)法對粒徑分布較寬的SiC微粉(0.2一250μm,d50=2.5μm)通過(guò)合理級配混合,加分散劑四甲基氫氧化按,將SiC分散在丙烯酞胺單體水溶液中,制備出了固體含量70%的陶瓷懸浮液。周龍捷等采用丙烯酞胺(AM)和N,N,一亞甲基雙丙烯酚胺(MBAM)用作凝膠注模成型過(guò)程中聚合的單體,采用過(guò)硫酸胺作引發(fā)劑和N,N,N,,N'-四甲基乙二錢(qián)(TEMED)作催化劑,制備了固相含量50%的SiC (d50=0.148μm)水基懸浮體,通過(guò)控制pH值和球磨時(shí)間等因素,采用凝膠注漿成型制備出了形狀復雜均勻的SiC結構陶瓷。楊金龍,謝志鵬等對精密陶瓷原位凝固制備技術(shù)進(jìn)行了研究。
2.武漢理工大學(xué)吉曉莉,郭兵健,李美娟,武七德等通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑處理及丙烯酞胺接枝聚合對SiC陶瓷微粉(0.2一18.21μm,d50=l.76μm)進(jìn)行改性,制備了固相含量56%,表觀(guān)粘度為568mPaS的SiC懸浮液。魏明坤,王蘋(píng),王浩等采用聚甲基丙烯酸甲醋對SiC (粒徑和粒度分布不祥)處理,制備了固相含量50%的料漿。
3.上海硅酸鹽研究所孫靜,高鐮,郭景坤等分別對國產(chǎn)SiC粉體(平均直徑0.88pm)和德國Norton公司提供的SiC微粉(0.9μm)作了漿料流變性的研究,發(fā)現不同來(lái)源的SiC微粉表面性質(zhì)差別很大。國產(chǎn)SiC微粉需添加分散劑聚乙烯亞胺形成穩定漿料,漿料的最高固體含量為40%,粘度為37.2mPa.s;而進(jìn)口的SiC微粉不需添加分散劑,通過(guò)調節漿料的pH值可制得穩定漿料,漿料的最高固體含量為55%,粘度為239mPa.s。
4.浙江大學(xué)郭興中,楊輝,曹明,王建武等分別采用聚乙烯亞胺（PEI)聚乙二醇(PEo)作表面活性劑對SiC微粉(0.5一1,5μm)進(jìn)行表面處理,球磨烘干,制得的顆粒尺寸為0.4一0.7μm,提高了粉體的分散性和流動(dòng)性。
5.廈門(mén)大學(xué)的唐學(xué)原重慶大學(xué)的張新玉等、青島化工學(xué)院的張巨先唐山學(xué)院的劉大成等、分別采用酞胺基、阿拉伯樹(shù)膠等表面活性劑對SiC進(jìn)行表面處理,使漿料的分散流動(dòng)性都得到了一定的提高,并對注膜成形工藝進(jìn)行了研究。
二、耐火材料制品所用SiC微粉的改性研究進(jìn)展
傳統的碳化硅窯具(棚板、隔焰板、匣缽)多采用機壓成型工藝,制得的窯具在強度、硬度、高溫化學(xué)性能及尺寸等方面都有一定局限性。重結晶SiC窯具作為新一代窯具在環(huán)保、節能、減重、節省材料、使用壽命等方面都提出了更高要求,注凝成型工藝是近幾年研究的方向,首先它可以克服傳統的以水玻璃、高鋁水泥做結合劑的耐火材料機械性能和體積密度偏低等缺點(diǎn),明顯改善不定形耐火材料的性能,其次,因為它是濕法工藝,不含有毒成分,既可以保護環(huán)境,又可二次利用,所以研究SiC表面改性技術(shù)制備低粘度、高固相含量的懸浮液,從而達到注凝成型工藝的要求,是研制開(kāi)發(fā)高級耐火材料的關(guān)鍵。
文獻報道美國Norton公司于50年代研制出重結晶SiC窯具并于70年代商品化,我國于80年代開(kāi)始對重結晶SiC窯具進(jìn)行研究開(kāi)發(fā),并引進(jìn)了一些國外工藝技術(shù)及裝備,進(jìn)行批量生產(chǎn),如唐山碳化硅廠(chǎng)、丹江口碳化硅總廠(chǎng)等。但SiC粉體原料需進(jìn)口,國內沒(méi)有合適的原料。
清華大學(xué)易中周,謝志鵬通過(guò)分散劑調節漿料的pH值,制備了固含量達70%的濃懸浮液,研究了重結晶SiC的凝膠注膜成型;北京鋼鐵研究總院的張勇,彭達巖等，三磨所的肖俊明等都對新一代SiC窯具的發(fā)展和應用前景進(jìn)行了展望。
三、磨具制品所用SiC微粉的改性研究進(jìn)展
SiC磨具制品作為磨削工具,應用于各種材料的加工,使用非常廣泛,隨著(zhù)新材料的不斷涌現,對SiC磨具的質(zhì)量要求也在不斷提高。
在制造精磨、拋光磨具中,由于所用磨料的粒度較細(一般為F230一F1200,40一0.5pm),粒度分布要求較窄,機壓成型很難達到磨具坯體要求的密度和強度,通常采用澆注成型。在與陶瓷結合劑混料水澆注成型時(shí),分散、懸浮及流動(dòng)性不佳,易發(fā)生團聚、料漿分層現象,造成坯體密度不均勻;在與有機結合劑混料澆注成型時(shí),也會(huì )產(chǎn)生顆粒團聚,分散不均勻,造成磨具強度不高,過(guò)早脫砂,嚴重影響產(chǎn)品使用壽命和拋光質(zhì)量;這是由于微粉的表面能較大,分散不好,與結合劑的相容性較差造成的。如何解決以上問(wèn)題一直是磨料磨具行業(yè)研究的課題。
日本近年來(lái)有專(zhuān)利文獻報道,用工業(yè)纖維素包覆SiC (平均直徑2μm)微粉,制得了纖維復合粒子(100pm);武漢理工大學(xué)余家國等用有機硅、有機氟表面活性劑,乙醇、丙醇作試劑,處理SiC微粉填料,可以提高金剛石樹(shù)脂砂輪的耐磨性。
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