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碳化硅微粉表面改性目的及意义

日期：2014-01-21

随着现代技术的发展，用户对超细微粉提出了越来越高的要求，他们不仅要求粉体极细，而且分布要窄，同时还要求粉体的性能必须具有良好的分散性及与其它物料混合使用时具有良好的相容性^[17]。为此，各国科技工作者投入了大量的精力开展超细粉体的表面改性研究，并逐渐形成超细粉体技术的另一分支——表面科学技术。由于粉体表面改性技术涉及面十分广泛，有化学、物理、结构、力学、电学、磁学、光学等多学科的有关基础理论及技术，这一领域目前正处于研究、开发和试验性阶段。

然而，由于超细微粉的表面能较大，易发生团聚现象，难以分散均勻。粉体产生团聚有多种原因％ ^|8]，首先，无机粉体在超细粉碎过程中，由于冲击、摩擦及粒径的减小，微粉的表面积累了大量的正点荷或负电荷，这些带电粒子极不稳定，为了趋于稳定，它们相互吸引，使颗粒产生团聚，在这一过程中主要作用力是静电库仑力。其次，在粉碎过程中，粉体吸收了大量的机械能和热能，因而使微粉表面具有相当髙的表面能，这些微粉为了降低表面能，趋于稳定状态_t会通过相互聚集靠拢而达到稳定状态，因此产生团聚现象。当粉体超细化到一定粒径以下时，颗粒间的距离极短，颗粒之间的范德华引力远远大于颗粒自身的重力，微粉颗粒也会相互吸引而产生团聚。解决微粉团聚问题最有效的方法是对其表面进行改性处理，经过改性处理的微粉其分散性会大大提高，同时，还可提髙其活性和使用性能。

对SiC微粉提出改性起源于复杂形状陶瓷部件的成型工艺要求，它们通常的生产方法多为压制成型（干态）和传统的淺注成型（湿态）两种工艺，其制品存在显微结构不均，可靠性低的缺陷，很难满足SiC陶瓷制品的使用需求。近年来不断涌现出了一些新的胶态成型技术，如美国橡树岭国家重实验室Mark等人首先发明的陶瓷凝胶注模成型(gel casting)和瑞士苏黎士联邦技术学院的Ganckler 教授的研究小组发明的直接凝固注模成型（direct coagulation casting)等，胶态成型工艺是制备复杂形状陶瓷部件的有效方法，与干法相比，胶态成型工艺可以有效地控制颗粒的团聚，制备均匀、高密度的坯体，减少坯体的缺陷，实现该工艺的必要前提是低粘度（<lPa._s)的陶瓷悬浮液（料浆)、髙固相含量（体积分数> 50%)的制备。然而，由于SiC超细微粉表面的活性，极易团聚，改善其分散稳定性，这也是胶态成型工艺的关键和难点。

在磨料磨具行业，精磨和抛光磨具的生产通常需要较细粒度（F150～F1200, 小于63 ym)的SiC微粉，并采用浇注成型工艺来完成。由于碳化硅砖微粉粒度较细，在成型工艺中很容易发生团聚现象，造成坯体密度不均，影响磨具制品的综合性能，为了改善SiC微粉的分散稳定性和流动性，改善其与不同种类结合剂（陶瓷结合剂、树脂结合剂）的相容性，提高坯体的均匀性和致密度，本文将通过对SiC 微粉进行表面改性以便使其更好地满足磨具制造业的要求，将是本课题研究的目的和意义。

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