溶膠凝膠技術(shù)制備硅鋁氧化物溶膠包覆碳材料的性能研究.pdf

1、本文分以異丙醇鋁、硝酸鋁、正硅酸乙酯為實(shí)驗(yàn)原料，采用溶膠-凝膠技術(shù)制備硅鋁氧化物前驅(qū)體溶膠，利用浸漬攪拌法將制備的硅鋁氧化物前驅(qū)體溶膠包覆于金剛石及碳纖維試樣的表面，熱處理后在金剛石和碳纖維的表面形成熱性能和機(jī)械性能良好的硅鋁氧化物涂層，通過(guò)分析DSC-TG、SEM、XRD、沖擊韌性測(cè)試和單顆粒抗壓強(qiáng)度測(cè)試等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論了硅鋁氧化物涂層對(duì)金剛石和碳纖維的熱性能和機(jī)械性能的影響。將包覆了硅鋁氧化物涂層的金剛石顆粒作為磨粒用于制備樹(shù)脂結(jié)合劑

2、金剛石磨具，并進(jìn)行硬度、抗彎強(qiáng)度及耐磨性測(cè)試，將測(cè)得的數(shù)據(jù)與普通金剛石樹(shù)脂磨具進(jìn)行對(duì)比，討論了硅鋁氧化物涂層對(duì)磨具性能的影響。
　　本文的實(shí)驗(yàn)部分包括：（1）Al2O3-SiO2系溶膠的制備工藝；（2）Al2O3-SiO2涂層對(duì)金剛石性能的影響；（3）Al2O3-SiO2涂層對(duì)樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石磨具性能的影響；（4）3Al2O3-2SiO2涂層對(duì)碳纖維熱性能的影響。
　　在制備Al2O3-SiO2前驅(qū)體溶膠的實(shí)驗(yàn)中，溶膠體系的

3、pH需要通過(guò)控制乙酸的加入量進(jìn)行調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體系的pH=3時(shí)，此溶膠體系由溶液狀態(tài)完全轉(zhuǎn)化為溶膠狀態(tài)所需要的時(shí)間為7.9h，當(dāng)體系在酸性環(huán)境時(shí)，體系由溶液狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)所需要的時(shí)間隨體系pH的增大而增加。本章實(shí)驗(yàn)利用差示掃描量熱儀（DSC）和掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)熱處理后的Al2O3-SiO2粉體進(jìn)行熱性能分析和形貌分析，數(shù)據(jù)表明，此溶膠體系中體系pH的變化對(duì)Al2O3-SiO2粉體的熱性能有明顯的影響。
　　在Al

4、2O3-SiO2涂層對(duì)金剛石性能的影響的研究中，利用浸漬攪拌法將制得的Al2O3-SiO2前驅(qū)體溶膠包覆于金剛石表面，經(jīng)熱處理后在金剛石表面形成Al2O3-SiO2涂層。研究發(fā)現(xiàn)，在金剛石的包覆過(guò)程中，不同的攪拌速度對(duì)金剛石表面最終形成的Al2O3-SiO2涂層的厚度及涂層對(duì)金剛石包覆的完整性有明顯的影響。數(shù)據(jù)表明，當(dāng)攪拌速度被設(shè)定為400rpm時(shí)，經(jīng)過(guò)熱處理后在金剛石表面形成的Al2O3-SiO2涂層的厚度較大，涂層完整且致密。通過(guò)D

5、SC-TG測(cè)試、沖擊韌性測(cè)試、單顆?？箟簭?qiáng)度測(cè)試等方法對(duì)金剛石試樣進(jìn)行性能表征，數(shù)據(jù)表明，在金剛石表面形成的Al2O3-SiO2涂層使金剛石的抗氧化性提高了100℃，沖擊韌性提高11％，單顆粒抗壓強(qiáng)度提高100psi。
　　在Al2O3-SiO2涂層對(duì)樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石磨具性能的影響的研究中，使用表面存在Al2O3-SiO2涂層的金剛石作為磨粒制作樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石磨具，數(shù)據(jù)表明，涂層金剛石樹(shù)脂磨具的硬度和抗彎強(qiáng)度與普通金剛石樹(shù)脂磨相

6、比具有了較大提高，其耐磨性提高了12%。
　　在3Al2O3-2SiO2涂層對(duì)碳纖維熱性能的影響的研究中，在制備Al2O3-SiO2前驅(qū)體溶膠的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)整硅源、鋁源的配比制備3Al2O3-2SiO2前驅(qū)體溶膠，并將溶膠包覆于碳纖維試樣表面，熱處理后在碳纖維表面形成3Al2O3-2SiO2涂層。利用TG測(cè)試、XRD分析等測(cè)試方法對(duì)涂層碳纖維試樣的熱性能進(jìn)行表征。研究發(fā)現(xiàn)，3Al2O3-2SiO2前驅(qū)體溶膠的濃度對(duì)在碳纖維表面最終