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)論文-在線瀏覽
2025-03-02 19:51本頁面
【正文】 同 pH值條件下懸浮體中SiC顆粒相互排斥能，因此可通過對(duì)懸浮體中懸浮粒子Zeta電位的測(cè)定來確定濃懸浮體的最佳pH值和表征分散劑的作用效果。圖2示出SiC粉體及其加入分散劑后的Zeta電位變化曲線。當(dāng)pH，粒子表面正電荷位密度高于負(fù)電荷位密度，結(jié)果粒子表面顯示正電性；當(dāng)pH，粒子表面正電荷位密度低于負(fù)電荷位密度，結(jié)果粒子表面顯示負(fù)電性，并且隨著介質(zhì)pH值升高，其負(fù)電性增加。按照膠體化學(xué)理論[8]： 式中：ε、α為常數(shù)，VR為斥力勢(shì)能；ψo(hù)為顆粒表面電位；k1為擴(kuò)散層厚度；Ho為顆粒之間最短距離。實(shí)驗(yàn)表明在pH=，此時(shí)漿料具有最佳的分散性。為了考察高固相體積分?jǐn)?shù)時(shí)含有粗顆粒粉體的碳化硅懸浮體的穩(wěn)定性，做了沉降實(shí)驗(yàn)。其中，相對(duì)沉降高度（Relative Sedimentation Height,RSH）是混濁懸浮體的高度（指上清液與下層混濁層的分界限，包括穩(wěn)定漿料和沉降層）與懸浮體的總高度之比。因?yàn)榫哂休^小RSH值的懸浮體對(duì)應(yīng)于較大的沉降體積和疏松的沉降體，懸浮粒子通過自身重力下沉或產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象，因而穩(wěn)定性較差；而具有較大RSH值的懸浮體對(duì)應(yīng)于較小的沉降體積和密實(shí)的沉降體，在高固相體積分?jǐn)?shù)時(shí)顆粒之間相互緊靠，具有較高的密排堆積。圖3 不同體積分?jǐn)?shù)的碳化硅懸浮體在不同時(shí)間的沉降曲線實(shí)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.%，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(shì)，所不同的是靜置時(shí)間越長(zhǎng)，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。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(huì)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。圖4給出了分散劑TMAH的加入量對(duì)濃懸浮體粘度的影響。s）。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。圖4 分散劑TMAH的加入量對(duì)70Vol.%SiC懸浮體流變性的影響 固相含量對(duì)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 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)。 k 和 n 為常數(shù)。對(duì)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]： （ηr 相對(duì)粘度；φm最大固相體積分?jǐn)?shù)）該模型對(duì)于剛性球形顆粒，低剪切極限時(shí)，φm =177。由于碳化硅粉體的細(xì)顆?？刹赜诖诸w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。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。不符合凝膠注模成型對(duì)漿料的要求。 RSiC高溫材料的燒結(jié)機(jī)理及性能 重結(jié)晶碳化硅高溫材料以汽化凝結(jié)機(jī)理為燒結(jié)模型。這種SiO2 薄層在溫度升高時(shí)就會(huì)揮發(fā)[10]：SiO2(s)SiO(g)+1/2 O2(g) 這樣，表面露出而使SiC 和SiO按下列反應(yīng)進(jìn)行：SiO2(g)+ SiC(g)2Si(g)+CO(g) 總反應(yīng)為： SiC(s)+SiO2(g)2Si(g)+CO(g)+ 1/2O2(g)反應(yīng)式中，正反應(yīng)為汽化反應(yīng)(升華)；逆反應(yīng)看作是凝結(jié)反應(yīng)(再反應(yīng)
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