SiC粉体的表面改性Word格式.docx

1、一类是加热凝胶聚硅氧烷，发生分解反应放出小单体，最终形成SiO2和C，再由碳还原反应制得SiC粉;另一类是加热聚硅烷或聚碳硅烷放出小单体后生成骨架，最终形成SiC粉末。（3）气相法气相合成碳化硅陶瓷超细粉末目前主要是运用气相反应沉积法（CVD）、等离子体法（PlasmaInducedCVD）、激光诱导气相法（LaserCVD）等技术高温分解有机物，所得粉末纯度高,颗粒尺寸小,颗粒团聚少,组分易于控制,是目前比较先进的方法,但成本高、产量低,不易实现大批量生产,较适合于制取实验室材质和用于特殊要求的产品。我们主要讲的是用硅烷偶联剂对SiC进行改性，也就是液相法。2.实验过程：（1）原料：选用自行

2、加工的 SiC 粉体， D50 = 0.897 m，SiC 含量为 98.98% （质量分数，下同）；硅烷偶联剂（KH550,NH2CH2CH2CH2Si（OC2H5）3）；丙三醇（分析纯）； 甲苯（分析纯）；丙酮（分析纯）；氮气（99.99%）。（2）工艺过程：硅烷偶联剂的烷氧基是与 SiC 粉体表面的SiOH 反应的主要基团，它极易水解生成醇类8，故表面改性反应必须选择在非水和非醇类介质中进行。在四口烧瓶中加入 350 mL 甲苯、50 g SiC 微粉和相应比例的硅烷偶联剂，通入 N2，在 N2 气流下升温至 85 并搅拌反应 6 h。反应结束后，产物趁热真空抽滤， 经多次超声分散（超声

3、介质为水、 丙酮；时间为 30 min）、离心洗涤（介质：水、丙酮；时间：25 min）后，于 105 烘箱中干燥 12 h，冷却后待用。三、表征1.粘度 改性SiC浆料的粘度与反应温度的关系（图1）在 7090 范围内，浆料黏度随温度的升高而降低；当温度超过 90 ，黏度随温度的升高而增大， 这表明疏水预处理过程受温度的影响较大。根据反应动力学理论，通常提高温度会加快反应速率，有利于反应的进行，使硅烷偶联剂快速包覆在碳化硅粉体表面，浆料黏度降低，但当温度高于 90后，反应变得剧烈，包覆层不均匀、不致密，浆料黏度又有所提高。改性SiC浆料的粘度与反应时间的关系（图2） 反应时间小于4h时，Si

4、C 浆料的黏度较高；在 46 h 之间，SiC 浆料黏度较低且随反应时间的延长变化不大；超过 6 h 后，浆料黏度随时间的延长急剧增大。 在反应时间较短时，硅烷偶联剂中的烷氧基团不能与 SiC 粉体表面的OH 基充分发生反应，无法完全包覆在 SiC 粉体表面，浆料不能完全呈现硅烷偶联剂的性质，浆料黏度较原始粉体（12.20 Pas）有所降低，但并不明显。随时间延长，硅烷偶联剂在粉体表面的包覆面积逐渐增大，SiC 颗粒的表面性质也逐渐接近硅烷偶联剂的性质，浆料黏度明显下降； 在 46 h 内随着时间的延长，浆料黏度变化不大，表明包覆反应已经完成，浆料黏度没有出现大的变化； 但当反应时间超过 6

5、h 后，随时间延长，浆料黏度明显提高，这可能是由于包覆过程中有副反应发生所致。SiC 浆料黏度与硅烷偶联剂用量的关系（图3） 反应温度 90 ； 反应时间 4 h； SiC 含量均为 50 g。SiC 浆料黏度随硅烷偶联剂用量的增加呈先降低后上升趋势。当硅烷偶联剂用量为1.5 g 时，SiC 浆料的黏度最小，其流动性最好。由于硅烷偶联剂的用量越大，包覆层越厚，图 3 的试验结果表明：改性剂包覆层的厚度对改性效果有较大影响，太厚、太薄都不能获得好的分散效果，包覆层的厚度只有在一个合适的范围内，即在适量的硅烷偶联剂用量条件下，才能够得到较低的浆料黏度。2.SEM观察 原始 SiC 微粉呈片状、块状

6、等不规则形状，且颗粒之间相互堆垛，块状颗粒和细颗粒形成较大团聚体，表面有晶体反射光泽；而经硅烷偶联剂处理后的的 SiC 粉体形状规则，分布较均匀，没有明显的团聚现象。3.XRD分析改性前后 SiC 粉体的面间距 d 值均与 JCPDS卡片中 -SiC 的 d 值完全一致，其相对强度也非常吻合。说明对 SiC 微粉表面改性并没有对粉体本身的物相组成和结构产生大的影响。4.FTIR分析 在 SiC 粉体改性前，在波数 500900 cm1之间存在 1 个明显的宽峰，即 SiC 键的伸缩振动峰；3 455 cm1 和 1 635 cm1 处为吸附水所产生的吸收峰；由图 6b 可见：在 SiC 粉体改

7、性后，在 500900 cm1 之间存在一极强的 SiC 键伸缩振动峰，在 1 256 cm1 处存在 SiC 键弯曲振动峰，在波数3 430 cm1 处是缔合的氨基（NH）伸缩振动峰，1 560 cm1 处是其面内弯曲振动峰。测试结果表明：偶联剂与粉体表面的羟基发生了反应，产生了较强的化学键合，它在粉体表面的包覆作用掩盖了粉体原有的表面特性，使粉体的表面呈现出硅烷偶联剂的性质， 说明硅烷偶联剂对碳化硅的改性是成功的。5.粒径 将原始 SiC 粉和经 KH-550 改性的 SiC 粉体分别配制成稀溶液，超声分散 30 min 后，用激光粒度分析仪测定改性前后 SiC 粉体的粒径：改性前后 Si

8、C 粉体的粒径分布 原始 SiC 微粉经过 KH-550 硅烷偶联剂预处理后， 中位粒径 D50略有减小，且粒径分布范围变窄，这是由于微粉的团聚程度降低，疏水分散性提高所致。改性前后 SiC 粉体的粒径6.Zeta 电位分析经硅烷偶联剂处理后， SiC 微粉的 zeta电位发生了显著变化。原始 SiC 悬浮液的等电点在pH = 6.5 附近，在酸性条件下，zeta 电位基本保持不变，均较低（10.0 mV）；在碱性条件下，pH 值越大，zeta 电位绝对值越高，在 pH = 10 时，达到最大值17.58 mV。这是由于 SiC 表面的无定形 SiO2 薄层会发生水解，在等电点时，形成稳定的不

9、带电荷的硅醇（SiOH）层，而硅醇具有酸碱两性且偏酸，故SiC 的等电点稍偏酸性9。当溶液中的 pH6.5 时，硅醇键与溶液中的OH发生反应，在 SiC 表面形成阴离子团 SiO，使颗粒表面带负电，溶液的 zeta 电位为负值。上述结果表明：原始 SiC 悬浮液只有在碱性条件下才具经硅烷偶联剂处理后（1#：反应产物只经水洗处理，2#：反应产物先经水洗，再经丙酮洗涤），二者等电点均向碱性方向稍有偏移，且在酸性条件下zeta 电位均有显著提高，后者提高程度较大，这是因为洗涤后用丙酮脱水避免了 SiC 粉体在干燥时的二次结块。当 pH = 3.78 时，2#悬浮液的 zeta 电位获得最高正电位为 41 mV，这是因为硅烷偶联剂中的烷氧基（OC2H5）与粉体表面的 SiOH 发生了键合，在酸性条件下，硅烷偶联剂一端的氨基（NH2）与氢离子（H+）发生反应生成 NH3+，使粉体表面正电荷密度增加，等电点向碱性方向偏移，zeta 电位提高，浆料的分散性得到了改善。