试析碳化硅微粉表面改性及其在磨具中的应用

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1、郑州大学博士学位论文碳化硅微粉表面改性及其在磨具中的应用姓名：华勇申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：蒋登高20060601中文摘要摘要碳化硅(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(10um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

2、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(0．6～14um)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

3、处理和按枝聚合的方法对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zel-丑电位的测试结果和Sic浆料的黏度

4、和流动特性，分别表征了改性前后sic微粉的胶体行为和改性对其分散性的影响，探讨了改性Sic微粉的分散稳定机制。4．研究了改性Sic微粉在陶瓷磨其浇注时的成型工艺性能。通过分析成型浆料的组成和作用，改进和优化了浇注成型工艺流程，提高了陶瓷磨具浆料的投料密度，使坯体的密度和抗折强度明显提高。二、针对树脂抛光砂轮制备过程中siC微粉与结合剂相容性较差的问题，提出了采用聚合物包覆的方法对sic微粉进行表面改性，成功研制出了具有弹性的siC复合粒子，在树脂结合剂抛光砂轮上应用得到了较好的效果。1．设计了SiC微粉改性工艺路线，研究了反应温度、反应时间及搅拌速度对复合粒子粒径尺寸和

5、球形度的影响，优化出了相应的包覆改性的较佳工艺条件。2．考察了分散剂种类及用量对复合粒子的分散效果的影响，发现复合分散剂分散效果最佳，确定了最佳的复合分散剂体系。3．实验测定了改性siC复合粒子的球形度、比表面积、粒径分布和安息角以及亲水高度、抗拉强度等有关性能，结果表明，改性Sic复合粒子不仅分散流动性较好，而且明显改善了与结合剂的相容性，为提高抛光砂轮的使用性能奠定了基础。4．采用改性的sic弹性复合粒子，分别研制出了PⅥ～和uPR抛光砂轮，与国内外同类抛光砂轮相比，其抛光效果和使用寿命明显高于国内产品，达到了国外同类产品的先进水平。本课题针对陶瓷和树脂磨具制造中共

6、同存在的Sic微粉团聚问题，对细粒度SiC微粉磨料的改性方法和技术进行了系统的研究，提出通过对SiC微粉进行表面改性来改善其分散稳定性和相容性，以进一步提高相关磨具的质量，这对该行业产品设计理念的创新和磨具制造技术的提升是一次有益的尝试。关键词：碳化硅，表面改性，丙烯酰胺，聚丙烯酸，复合粒子，磨具ABSTRACTSmconcarbidc(SiC)po、vder，astlleabrasivemat两alormestu伍ng，hasmeextensiveapplic缸ioninvitrifiedbondedabrasiveproduct，rcsinbondedp01ish洫

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