重結(jié)晶碳化硅凝膠注模成型工藝及其性能研究原創(chuàng)學(xué)術(shù)論(編輯修改稿)
2025-02-03 04:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)碳化硅懸浮體靜置 6 小時(shí)時(shí)，固含量從 5 Vol.%到 70 Vol.%，相應(yīng)的RSH 值從 增加到 1，即固含量為 70 Vol.% 的碳化硅懸浮體沒有發(fā)生明顯沉降；當(dāng)靜置12 小時(shí)、 24 小時(shí)和 36 小時(shí)時(shí)，碳化硅懸浮體 RSH 值同樣表現(xiàn)為隨固含量的不斷增大而逐漸增大的趨勢，所不同的是靜置時(shí)間越長，沉降越慢 ,尤其是高固相體積分?jǐn)?shù)的懸浮體沉降高度相差很小。如圖可見靜置 12 小時(shí)時(shí)固含量為 60 Vol.%（ RSH 值為 ）以上的碳化硅懸浮體就已經(jīng)沒有明顯地沉降了。因此，在固相體積分?jǐn)?shù)為 70 Vol.% 的碳化硅漿料中粗細(xì) SiC顆粒間能達(dá)到均一穩(wěn)定的分散，懸浮粒子不會產(chǎn)生明顯地沉降，在凝膠注模成型所需時(shí)間（一般為一小時(shí)左右）內(nèi)濃懸浮體具有最大的 RSH值，能保持最佳的穩(wěn)定性和良好的流動(dòng)性。 懸浮體的流變特性 分散劑對 SiC 懸浮體 流變性的影響 在凝膠注模成型工藝中，分散劑 TMAH 的加入不僅對 SiC 粉體表面荷電性具有較好的作用效果，使 SiC 顆粒之間排斥能增大，從而改善了粉體的膠體特性，而且分散劑加入 量對 SiC懸浮體的流變性也有較大的影響。圖 4給出了分散劑 TMAH的加入量對濃懸浮體粘度的影響。對 70 Vol.%的漿料，未加分散劑時(shí)懸浮體的粘度非常大，流動(dòng)性極差；隨著 TMAH 加入量由 .%增加到 wt.%，粘度隨之降低，與 .%、 wt.% 和 wt.%的加入量相比，加入量為 .%時(shí)能使?jié)鈶腋◇w粘度值最低（ r=250s1， η= s）。一般地，在一定范圍內(nèi)增加分散劑的量，濃懸浮體的粘度持續(xù)降低，并存在一最低粘度值。當(dāng)分散劑的加入過量時(shí)，也只能增加液相 中的聚電解質(zhì)的含量，增加液相的粘度。因此，制備 70 Vol.%SiC濃懸浮體的最佳分散劑量為 .%。 6 10 1000 . 11100. 1w t.% 0. 2w t.% 0 .4 w t.% 0. 6w t.% 不加 T M A H 粘度/Pas剪切速率/s1 圖 4 分散劑 TMAH的加入量對 70Vol.%SiC 懸浮體流變性的影響 固相 含量 對 SiC 懸浮體流變性的影響 在保證成型所需具有一定流動(dòng)性的前提下， 凝膠注模成型 要求濃懸浮體還應(yīng)具有盡可能高的固相含量。圖 5給出了在最佳分散條件下，不同固相體積分?jǐn)?shù)的 SiC懸浮體的粘度曲線。 圖 5 不同 固相體積分?jǐn)?shù)碳化硅懸浮體的粘度曲線 很明顯，粘度曲線在低剪切速率時(shí)呈現(xiàn)假塑性低 Newton區(qū)，在中等剪切速率時(shí)表現(xiàn)剪切變稀的冪率特征，而在高剪切速率時(shí)呈現(xiàn)高 Newton區(qū)。一般地 , 對于低固相體積分?jǐn)?shù)的懸浮體（ φ ）流變曲線可以與 Sisco模型較好地符合 [9]: 1?? ?? n???? (η 表觀粘度 。 k 和 n 為常數(shù) 。 η ∞ 極高剪切粘度； γ 是剪切速率 )。 對于高固相體積分?jǐn)?shù)的懸浮體一般采用 Quemada 模型來表征固相體積分?jǐn)?shù)與粘度的關(guān)系[9]： 2)/1( ??? mr ??? （ η r 相對粘度； φ m最大固相體積分?jǐn)?shù)） 7 該模型對于剛性球形顆粒，低剪切極限時(shí)， φ m =177。 ；高剪切極限時(shí)， φ m =177。 。由于碳化硅粉體的細(xì)顆粒可藏于粗顆粒的三角空隙中，假定濃懸浮體中 SiC 粗細(xì)顆粒間密排堆積和分散效果都是均一、穩(wěn)定的。則實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 60 Vol.%、 65 Vol.%和 70 Vol.%SiC懸浮體的固相體積分?jǐn)?shù)與粘度的流變曲線關(guān)系與高剪切極限時(shí)的 Quemada模型較為相符。隨著懸浮體固相體積分?jǐn)?shù)的增加其粘度成指數(shù)關(guān)系增加。圖 5 中 75Vol.%粘度曲線表明，低 Newton 區(qū)和高 Newton 區(qū)逐漸變得不明顯，在高剪切速率時(shí)出現(xiàn)粘度隨剪切速率增加而逐漸增大的剪切變稠現(xiàn)象，曲線趨勢由近似 Newton 流體逐漸轉(zhuǎn)化為具有屈服應(yīng)力特征的塑性體，此時(shí) SiC 懸浮體形成連續(xù)體而失去流動(dòng)性。不符合凝膠注模成型對漿料的要求。因此滿足凝膠注模成型工藝要求的 SiC懸浮體的最佳固相體積分?jǐn)?shù)為 70Vol.%。 RSiC高溫材料的燒結(jié)機(jī)理及性能 重結(jié)晶碳
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