制备重结晶碳化硅用α-SiC微粉的表面改性

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８］解反应，其热分解反应［如下：
。借鉴这一思路，在本研
究中，将聚醚改性聚二甲基硅烷（ＰＭＰＤＭＳ）与α Ｓｉቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＣ微粉按一定比例充分混合，经过适当的热处理后，拟在ＳｉＣ微粉表面紧密附着上一层纳米级的ＳｉＣ颗粒，以 α 达到有效降低重结晶碳化硅材料烧结温度的目的。
－１４° ·ｍｉｎ，取点步长０．０２° ），用基本强度对比法进
由于热处理温度仅为１４００℃，因此可进一步断定此ＳｉＣ为 β ＳｉＣ。
图２表面改性前后ＢＣ微粉的ＸＲＤ图谱４Ｆｉｇ．２ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆＢＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｓｕｒｆａｃｅ４ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
４３１２０１１／６耐火材料／ＲＥＦＲＡＣＴＯＲＩＥＳ
耐火材料／ＮＡＩＨＵＯＣＡＩＬＩＡＯ２０１１年第４５卷
２－１的ＢＥＴ为２．１３７４ｍ ·ｇ，而表面改性后 α ＳｉＣ微
ＸＲＤ定量分析结果（图略）表明，表面改性后 α ＳｉＣ的主衍射峰半峰宽略有变大，ＳｉＣ（６Ｈ）的质量分数由改性前的９４％降低到改性后的９２％，而ＳｉＣ（１５Ｒ）的体积％上升到改性后的６％。这表明，表分数由改性前的４面改性后 α ＳｉＣ微粉的相组成发生了一定的改变。２．３表面改性前后 α ＳｉＣ微粉的比表面积变化比表面积测试结果显示，表面改性前 α ＳｉＣ微粉
２
－１
３结论
（１）包覆在基材表面的聚醚改性聚二甲基硅烷ＰＭＰＤＭＳ）在本试验确定的热处理条件下可以生成（ＳｉＣ。 β （２）与表面改性前的 α ＳｉＣ微粉相比，表面改ＳｉＣ微粉相组成发生一定改变，比表面积增性后 α 大，用其制成的烧结块的密度增大，显微结构更加致密。参考文献
利用化学方法对 α ＳｉＣ粉体进行表面改性方面，但均不
６］能提高其烧结活性，降低重结晶碳化硅的烧结温度［。
以聚二甲基硅烷（简称ＰＤＭＳ）为原料合成聚碳硅烷（简称ＰＣＳ），然后以ＰＣＳ为先驱体制备ＳｉＣ纤维的方法已获得了商业成功
［７－９］
行定量分析，研究其相组成变化。采用ＡＳＡＰ２０２０比表面积分析仪检测表面改性前后 α ＳｉＣ微粉的比表面积。为了增加可比性，ＳｉＣ α 原粉也采用上述热处理工艺处理后再检测。ＳｉＣ微粉加入适当的结分别将表面改性前后 α 合剂混匀后压制成饼状试样，在高温节能管式炉内（氮气保护）于２２５０℃保温２ｈ烧结，冷却后检测其ＪＥＯＬ）ＪＳＭ－６４６０ＬＶ型扫描电镜观体积密度，并采用（察烧结块的显微结构。１．４生成 β ＳｉＣ微晶的判断ＳｉＣ的同素异构体繁多，目前已发现的就有上百ＳｉＣ颗粒表面生成的 β ＳｉＣ很微种。因本研究在 α 量，粒度也极其微小，二者的衍射主峰完全重合无法ＥＭ等来确认 α ＳｉＣ颗分离；而采用其他测试手段如Ｓ粒表面是否生成 β ＳｉＣ也很难令人信服。因此，本研究采用化学性质非常稳定的ＢＣ微粉来替换 α ＳｉＣ４微粉作为基体材料，按照与 α ＳｉＣ微粉表面改性完全／ＭＡＸ－２５００型Ｘ射相同的工艺进行处理，然后采用Ｄ线衍射仪（辐射源Ｃｕ，石墨单色器滤波，电压４０ｋＶ，电
－１采用ＺＲＹ－ＺＰ型综合热分析仪，以１０℃ · ｍｉｎ
原位生成
３ｈ，使ＰＭＰＤＭＳ热分解后，继续升温至１４００℃ 并保
男，１９６３年生，副教授。孟昭：Ｅｍａｉｌ：ｍｏｏｎｓｈｏｗ１９６３＠１６３．ｃｏｍ收稿日期：２０１１－０５－１２
－１为：以５℃·ｍｉｎ的升温速度升温至３００℃，并保温
Ｎ，４２０℃ ２
１试验
１．１原料试验原料有：ＳｉＣ微粉，潍坊亚太密封件有限公 α 司生产，ｗ（ＳｉＣ）＞９８％，ｄ２μ ｍ；聚醚改性聚二甲基５０＝硅烷（简称ＰＭＰＤＭＳ），青岛兴业有机硅新材料有限公司生产，为无色半透明黏稠液体；高纯ＢＣ粉末，ｄ４５０＝２μ ｍ；氮气，（Ｎ）＝９９．９９％。 φ ２１．２热处理工艺的确定
０
ＰＭＰＤＭＳ气体＋液态产物＋ＰＣＳ）， → 热解产物（而溶入水中的ＰＭＰＤＭＳ的分解温度则降低到２００～３００℃。因此确定，在加热到３００℃ 左右时保温一段时间，以确保ＰＭＰＤＭＳ充分发生热分解。文献［９］表明，聚碳硅烷（ＰＣＳ）在７５０℃ 左右基００℃以上变为 β ＳｉＣ微晶：本裂解完成，到１０ＰＣＳＳｉＣ（微晶）。 → β ＳｉＣ颗粒表面本研究的目的在于确认包覆在 α 的ＰＭＰＤＭＳ热处理后能否原位生成 β ＳｉＣ微粒。因此，包覆ＰＭＰＤＭＳ后 α ＳｉＣ微粉的热处理工艺确定
图１ＰＭＰＤＭＳ及其３０％（ｗ）水溶液的微商热重曲线Ｆｉｇ．１ＤＴＧｃｕｒｖｅｓｏｆＰＭＰＤＭＳａｎｄｉｔｓ３０％ａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ
从图１可以看出，ＰＭＰＤＭＳ在约４２０℃ 发生热分
温３ｈ，随炉冷却至６００℃，取出自然冷却。以上热处理过程均在Ｎ２保护条件下进行。１．３ α ＳｉＣ微粉的表面改性及表征称取 α ＳｉＣ微粉４００ｇ，加入ＰＭＰＤＭＳ液体１００ｇ和去离子水３００ｇ，用搅棒搅拌均匀，置于烘箱内，于１２０℃烘干１２ｈ后取出碾碎，放入刚玉坩埚内，置入ＲＸ１６－１０× ６０－ＥＦＩ型高温管式炉中，按前面确定的热处理工艺进行热处理。ＭＡＸ－２５００型Ｘ射线衍射仪（辐射源采用Ｄ／Ｃｕ，石墨单色器滤波，电压４０ｋＶ，电流２００ｍＡ）对表ＳｉＣ微粉进行ＸＲＤ分析（扫描速率面改性前后的 α
步长０．０２° ），以判断包覆在ＢＣ微粉表面的ＰＭＰＤＭＳ４在热处理过程中是否形成了 β ＳｉＣ。同时，采用ＪＥＯＬ）ＪＳＭ－６４６０ＬＶ型扫描电镜观察表面改性前后（ＢＣ微粉的显微结构，并进行微区成分分析。４
洞明显减少，这是表面改性后 α ＳｉＣ微粉的烧结活性提高所致。
ＥＴ为２．５０３８ｍ ·ｇ，比表面积有所增大。粉的Ｂ２．４表面改性前后 α ＳｉＣ微粉烧结块的密度和显微结构变化经测定，表面改性前 α ＳｉＣ微粉烧结块的密度约．８ｇ ·ｃｍ－３，而表面改性后 α ＳｉＣ微粉烧结块的为２密度约为３．０８ｇ ·ｃｍ－３，有所提高；从烧结块的ＳＥＭ照片（见图４）也可以看出，前者空洞较多，而后者空
图３表面改性前后ＢＣ微粉的ＳＥＭ照片４Ｆｉｇ．３ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆＢＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒ４ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
２．２表面改性前后 α ＳｉＣ微粉的相组成变化
２结果与讨论
２．１表面改性ＢＣ微粉表面 β ＳｉＣ的生成４表面改性前后ＢＣ微粉的ＸＲＤ图谱见图２。可４ＭＰＤＭＳ的ＢＣ微粉热处理后在以看出，表面包覆Ｐ４２＝３５．８° 附近有一个又尖又窄的ＳｉＣ衍射峰出现， θ 而ＢＣ原粉则没有，因此可以判断包覆在ＢＣ微粉表４４ＭＰＤＭＳ在热处理过程中生成了一定量的ＳｉＣ。面的Ｐ
１］ ℃左右高温下制备的一种高温结构陶瓷［，ＳｉＣ粉 α ２－４］体烧结活性低是制备的瓶颈［。重结晶碳化硅窑
具是现代窑具中较先进的一种，其生产主要利用凝胶注模成型工艺，要求所用料浆沉降分层小，固含量高，
５］。目前，关于 α ＳｉＣ料浆的研究主要集中在黏度低［
－１００ｍＡ）进行ＸＲＤ分析（扫描速率４° ·ｍｉｎ，取点流２
表面改性前后ＢＣ微粉的ＳＥＭ照片见图３。可４ＢＣ原粉颗粒的表面比较光滑，而包覆处理以看出，４后ＢＣ颗粒表面附着有大量的微小颗粒；经ＥＤＳ成４ｉＣ。分测试确认，这些微小颗粒的成分为Ｓ
４３０～４３２
０１１年１２月２５卷第６期第４
制备重结晶碳化硅用 α ＳｉＣ微粉的表面改性
孟昭杜珊张向涛
西安科技大学材料科学与工程学院陕西西安７１００５４摘要将聚醚改性聚二甲基硅烷（ＰＭＰＤＭＳ）与α ＳｉＣ微粉按一定比例充分混合，于１２０℃ 烘干１２ｈ后碾碎，然后分析其相组成、比表面积、烧结块密度及其放入刚玉坩埚内，在Ｎ２保护下以一定的加热制度进行热处理，显微结构的变化；同时以ＢＣ微粉取代 α ＳｉＣ微粉做同样处理后进行ＸＲＤ和ＳＥＭ分析，以确定包覆在ＢＣ微４４ＭＰＤＭＳ在热处理过程中是否生成了 β ＳｉＣ。结果表明：１）包覆在ＢＣ微粉表面的ＰＭＰＤＭＳ在试验粉表面的Ｐ４ＳｉＣ；２）表面改性后 α ＳｉＣ微粉相组成发生一定改变，比表面积增大，用其制成确定的热处理条件下可以生成 β 的烧结块的密度增大，显微结构更加致密，表明其烧结活性增强。关键词重结晶碳化硅，ＳｉＣ，表面改性，聚醚改性聚二甲基硅烷（ＰＭＰＤＭＳ） α 重结晶碳化硅是以高纯度 α ＳｉＣ为原料在２４００
的升温速度，对ＰＭＰＤＭＳ和加入３０％（ｗ）水的ＰＭＰＤＭＳ水溶液进行差热分析，结果见图１。
编辑：张子英
４３０ＮＡＩＨＵＯＣＡＩＬＩＡＯ／耐火材料
２０１１／６
第６期孟昭，等：制备重结晶碳化硅用 α ＳｉＣ微粉的表面改性２０１１年１２月