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该文系统地研究了表面涂覆、超声波辅助乳液聚合及低温等离子体表面聚合三种粉体表面改性方法对亚微米及纳米陶瓷粉体在有机载体中的分散性及陶瓷注射成型浆料流变性的影响。
研究了偶联剂对Al2O3和Si3N4注射成型浆料体系的流变性的影响。研究的重点是偶联剂合适的用量及合适的加入方式的确定。对于Al2O3体系,通过热重法测定了单分子层饱和吸附量;从黏度数据上表征了这个用量为最佳用量;确定了表面预涂覆为合适的偶联剂加入方式。对于Si3N4体系,通过Si3N4粉体表面极性官能团的测定,计算得到了偶联剂的单分子层饱和吸附量;从粘度数据上表征了这个用量为最佳用量。当偶联剂超过单分子层用量时,随着偶联剂用量增加,烧结体密度逐渐减小。应用溶剂脱脂能够使烧结体的密度有较大提高。
超声波辅助乳液聚合表面改性有两个优点:在聚合过程中粉体保持分散状态;聚合反应发生在粉体的表面。首次利用此方法,在超微细Si3N4及ZrO2粉体表面包覆了几个纳米层厚的聚甲基丙烯酸甲酯及聚乙烯膜,并确定了合适的反应条件。利用TEM、SEM表征了改性后粉体在聚合物载体中的分散性提高,大团聚的含量减小。粉体分散性能提高,使烧结速率得到相应的提高。首次利用低温等离子体表面聚合改性的方法,在超微细陶瓷ZrO2及SiC粉体表面包覆了几个纳米层厚的聚合物膜,并应用于注射成型。利用聚合物层的流动性和变形能够促进排布,解释了聚合物包覆的粉体能够提高烧结体的烧结性能的现象。
以Al2O3-SiC纳米复合材料为研究对象,系统研究了经三种表面改性方法处理后的纳米SiC粉体对纳米复合材料注射料流变特性的影响。黏度变化趋势为:乳液聚合改性<表面预涂覆<等离子体聚合改性<未改性粉体。对纳米SiC粉体表面改性的直接作用为增加粉体的分散性,提高浆料的流变性,而最终可以有效提高浆料体系的固含量。当SiC的含量为20%时,未改性的SiC粉体注射料的最高固含量只能达到50%,而乳液聚合表面改性SiC粉体注射料的最高固含量可以显著提高,能够达到55%。