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胶态成型方法能有效地控制SiC素坯的显微结构,减少材料的内部缺陷,从而可以提高SiC陶瓷材料的可靠性。在胶态成型的过程中,最关键的步骤是控制SiC悬浮液的流变行为,因此,制备高固含量、分散性和流变性较好的SiC悬浮液是获得均匀致密SiC陶瓷素坯的关键。影响悬浮液稳定性的因素有很多,例如pH值、分散剂种类及其添加量、离子强度以及SiC粉体的表面性质等,而且SiC颗粒的胶态行为在很大程度上决定于其表面特征。
本文研究了影响SiC悬浮液流变性能的主要因素,探讨了各种因素对悬浮液稳定性的影响机制。
分别以均聚物SD00(聚丙烯酸胺PAANH4)、共聚物SD07(丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物AA/AMPS)作为分散剂,研究了在一定的pH值范围内,分散剂的添加量与SiC悬浮液流变性的关系。对于添加SD00的悬浮体系,在pH=10,SD00的添加量为0.3wt%时,流变性最佳。对于添加SD07的悬浮体系,在pH为9和10时,存在一个最佳的分散剂添加量0.1wt%;而在pH为11时,悬浮液的粘度却随着分散剂含量的增加而一直升高,即此时分散剂SD07不仅起不到分散SiC悬浮液的作用,反而会造成一定程度的团聚而使浆料的粘度一直升高。在SD07的添加量相同的情况下,pH为9时的粘度均低于pH为10,11时的粘度,这说明使用SD07作为分散剂可以在较低pH值时制备稳定的SiC悬浮液。
以小分子量的四甲基氢氧化胺(TMAH)作为分散剂,研究了pH值及分散剂的添加量对SiC悬浮液分散稳定性的影响。同时比较了高分子聚电解质分散剂SD00、SD07与小分子分散剂TMAH对SiC悬浮液流变性的影响。pH值对水基SiC悬浮液的流变性具有至关重要的作用。在pH=11附近时,SiC悬浮液的屈服应力最小,达到最佳的稳定状态;此时TMAH几乎不起作用,而且过量的TMAH会降低SiC悬浮液的分散稳定性;在其它pH值时,虽然TMAH具有一定的分散作用,但SiC悬浮液的稳定性明显低于pH=11时。在pH分别为10、11、12时,添加TMAH的悬浮液的流变性能都优于相同条件下添加SD00或SD07的悬浮液的流变性能,即在较高pH值时,TMAH更有利于SiC悬浮体系的分散稳定。
研究了离子强度及碱处理对水基SiC悬浮液流变性的影响。SiC悬浮液的流变性对离子强度十分敏感,而且离子强度的微量增加会使其显著变差。碱处理后,SiC表面的SiO2和各种金属杂质离子的含量减少,使得SiC悬浮液的流变性得到明显改善。