碳化硅微粉表面改性及其在磨具中的应用

论文摘要

碳化硅（SiC）微粉作为磨料或填料在陶瓷精磨磨具、树脂抛光砂轮以及金刚石抛光砂轮等方面有着广泛的应用。由于它的优异性能如硬度高，强度高，抗氧化和耐磨性能十分突出等，SiC微粉在耐火材料、工程陶瓷、结构材料等非磨削用途方面的应用也非常广泛。目前，SiC已经成为发展现代国防、现代工业和高新科技的主要原材料。 由于细粒度（10μm以细）的SiC微粉表面能较大、易团聚，不仅在陶瓷磨具的浇注成型工艺中分散性和流动性达不到成型工艺性能要求，而且在树脂抛光砂轮生产中与结合剂的相容性也较差，因此，易造成磨具的强度低、过早脱砂，抛光质量和耐用度等使用性能达不到要求，严重影响了磨具制品的质量。显然，本课题的技术关键及难点在于制备分散稳定且固相含量较高、黏度较低的SiC浆料，以解决陶瓷磨具成型工艺性能；改善SiC微粉的分散性以及与树脂结合剂的相容性，以提高树脂磨具的使用性能。 本文选择粒度号为F1200，粒径分布较窄（0.6～14μm）的SiC微粉作为研究对象，根据胶体的分散稳定原理，针对陶瓷和树脂磨具在制备过程中存在的问题，分别设计了SiC微粉的表面改性方法。 一、针对陶瓷磨具在浇注成型工艺中存在的问题，提出了采用疏水预处理和接枝聚合的方法对SiC微粉进行表面改性，制备出了在水基体系中分散稳定的改性SiC悬浮浆料，改善了陶瓷结合剂磨具水浇注成型工艺性能。 1．通过硅烷偶联剂疏水预处理和丙烯酰胺在其表面接枝聚合改性，获得了有机包覆的改性SiC微粉。研究了影响SiC微粉表面改性的各种因素，并优化出较佳的工艺条件。 2．通过对比表面积、润湿性、堆积密度和粒度分布等测试手段讨论了改性SiC粉体的性能，并采用红外光谱（IR）、X-ray衍射等测试技术分析了改性前后SiC微粉表面物质的化学组成和结构特征。 3．实验研究了改性前后SiC微粉的分散稳定性和流动性。以zeta电位的测试

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 SiC的基本性质
• 1.2 SiC微粉的应用
• 1.2.1 磨削用途
• 1.2.2 非磨削用途
• 1.3 SiC微粉表面改性目的及意义
• 1.4 表面改性方法
• 1.5 改性剂
• 1.6 SiC微粉表面改性研究现状
• 1.6.1 陶瓷制品所用SiC微粉的改性研究进展
• 1.6.2 耐火材料制品所用SiC微粉的改性研究进展
• 1.6.3 磨具制品所用SiC微粉的改性研究进展
• 1.7 本课题研究内容
• 1.8 本章小结
• 第二章 SiC表面改性设计思想
• 2.1 磨具的结构和性质
• 2.1.1 磨具的结构
• 2.1.2 磨具的性质
• 2.2 磨具的成型方法和成型料的工艺性质
• 2.2.1 成型方法
• 2.2.2 成型料的工艺性质
• 2.3 课题背景
• 2.4 表面改性工艺路线设计方案
• 2.4.1 陶瓷结合剂精磨砂轮中SiC的改性方案
• 2.4.2 树脂结合剂抛光砂轮中SiC的改性方案
• 2.5 分散稳定机理讨论
• 2.6 改性效果检测与评价
• 2.7 本章小结
• 第三章 接枝聚合法制备改性SiC微粉
• 3.1 前言
• 3.2 实验
• 3.2.1 主要原料及药品
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 实验工艺条件
• 3.2.5 工艺流程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 偶联剂疏水处理工艺参数的优化
• 3.3.2 接枝聚合包覆工艺参数的优化
• 3.4 本章小结
• 第四章 改性SiC微粉的性能与表征
• 4.1 颗粒形貌
• 4.2 改性SiC的表面结构成分
• 4.2.1 红外光谱（IR）分析
• 4.2.2 X-ray衍射分析
• 4.3 改性SiC微粉的性能分析
• 4.3.1 比表面积测量
• 4.3.2 润湿性的测定
• 4.3.3 堆积密度的测定
• 4.3.4 粒度分布测定
• 4.4 本章小结
• 第五章 改性SiC浆料的流变特性及成型工艺
• 5.1 分散稳定性
• 5.1.1 Zcta电位的测试
• 5.1.2 SiC浆料固相含量的测定
• 5.1.3 PH值对SiC浆料分散稳定性的影响
• 5.2 流动性
• 5.2.1 PH值对SiC浆料黏度的影响
• 5.2.2 固相含量对SiC浆料黏度的影响
• 5.2.3 转速对改性SiC浆料黏度的影响
• 5.3 成型工艺
• 5.3.1 浆料配方比较
• 5.3.2 工艺流程比较
• 5.3.3 坯体性能比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 聚合物包覆法制备SiC弹性复合粒子
• 6.1 前言
• 6.2 实验
• 6.2.1 主要原料及药品
• 6.2.2 实验仪器
• 6.2.3 实验步骤
• 6.2.4 实验工艺条件
• 6.2.5 工艺流程
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 反应条件对颗粒球形度和粒径尺寸的影响
• 6.3.2 分散剂种类及用量对分散效果的影响
• 6.3.3 聚丙烯酸浓度对包覆效果的影响
• 6.3.4 制备抛光磨具用SiC复合粒子的参数确定
• 6.4 本章小结
• 第七章 SiC复合粒子的性能与表征
• 7.1 SiC复合粒子的形态和粒径分布
• 7.1.1 颗粒形貌
• 7.1.2 球形度
• 7.1.3 比表面积
• 7.1.4 粒度分布
• 7.2 包覆前后SiC微粉的性能分析
• 7.2.1 干粉流动性测试
• 7.2.2 亲水性测定
• 7.2.3 粘合性测定
• 7.3 包覆前后SiC弹性复合粒子的结构表征
• 7.3.1 红外光谱（IR）分析
• 7.3.2 X-ray衍射分析
• 7.4 本章小结
• 第八章 SiC 弹性复合粒子在树脂抛光磨具中的应用
• 8.1 PVA抛光砂轮
• 8.1.1 PVA 抛光砂轮的研制
• 8.1.2 性能检测
• 8.1.3 磨削试验
• 8.2 UPR 金刚石抛光砂轮
• 8.2.1 UPR 抛光砂轮的研制
• 8.2.2 磨削试验
• 8.3 本章小结
• 第九章 本文结论与工作展望
• 9.1 本文结论
• 9.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的主要科研成果
• 致谢