氮化硅基陶瓷復(fù)合材料凝膠注模成型工藝研究.pdf

1、本文對(duì)氮化硅基復(fù)相陶瓷材料凝膠注模成型工藝進(jìn)行了研究，從工藝設(shè)計(jì)的角度研究凝膠聚合過(guò)程、料漿制備以及坯體干燥等問(wèn)題，尋求一條適用于非氧化物，尤其是適用于包括反應(yīng)燒結(jié)氮化硅和液相燒結(jié)氮化硅基陶瓷材料制備的凝膠注模成型的技術(shù)路線，并對(duì)其中機(jī)理性的問(wèn)題作深入的探討。主要研究?jī)?nèi)容如下： ⑴以丙烯酰胺體系作為凝膠體系，研究該體系聚合過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，探討引發(fā)劑和催化劑對(duì)聚合過(guò)程的作用機(jī)理，根據(jù)試差法得到聚合反應(yīng)速率方程。綜合考察單體與引發(fā)

2、劑濃度對(duì)聚合反應(yīng)速率以及聚合程度的影響。研究結(jié)果表明，聚合速率與引發(fā)劑濃度的平方根、單體濃度成正比。 ⑵以聚丙烯酸銨（PAA-NH4）作為分散劑，以聚乙二醇400（PEG400）為增潤(rùn)劑，采用球磨法制備了固相含量高達(dá)60％（vol），粘度低于1Pa·s，高穩(wěn)定性的氮化硅料漿。研究了PAA-NH4對(duì)料漿穩(wěn)定性的影響，探討了PEG400在顆粒表面的吸附特性，以及提高顆粒潤(rùn)濕性的效果。根據(jù)液相中顆粒間以相切形式堆積的假設(shè)，建立了雙球模

3、型，解釋了增潤(rùn)劑對(duì)于氮化硅料漿流變學(xué)性質(zhì)的影響機(jī)理。 ⑶采用浸泡法對(duì)金屬硅粉進(jìn)行表面改性，解決金屬硅粉料遇水起泡和不易潤(rùn)濕的問(wèn)題，同時(shí)選擇合適的分散劑，采用高速分散工藝制備具有觸變性的料漿。通過(guò)粘度法測(cè)試分散劑在顆粒表面的吸附等溫線，研究其吸附狀態(tài)，建立了觸變網(wǎng)絡(luò)模型，分析料漿流動(dòng)過(guò)程中內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷斷裂-調(diào)整-重建的變化歷程，解釋了分散劑在料漿觸變過(guò)程的作用機(jī)理。 ⑷以PAA-NH4和聚硅氧烷S-17為復(fù)合分散劑，采用球

4、磨和高速分散相結(jié)合的工藝制備氮化硅-硅粉-燒結(jié)助劑復(fù)合料漿，以S-17作為料漿除泡劑，以達(dá)到工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)具有較佳的除泡效果，同時(shí)利用S-17降低坯體內(nèi)部液相表面張力，從而降低顆粒間毛細(xì)管力的作用，解決了坯體在干燥過(guò)程中的開(kāi)裂問(wèn)題。 ⑸根據(jù)顆粒堆積理論，以石英砂為粗顆粒粉料，氮化硅為細(xì)顆粒粉料，同時(shí)以納米氮化硅作為超細(xì)粉，研究二元以及三元級(jí)配顆粒對(duì)料漿流變性和穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，通過(guò)摻入少量納米氮化硅可以提高料漿穩(wěn)定性，解決