[发明专利]一种碳化硼陶瓷粉末分散体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末分散技术领域，特别是一种碳化硼陶瓷粉末分散体的制备方法。

背景技术

碳化硼陶瓷是一种重要的工程材料。其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，高温下其恒定的高温硬度(＞30GPa)要远远的优于金刚石和立方氮化硼。其理论密度为2.52g/cm³,熔点为2450℃，显微硬度为4950kgf/mm²。碳化硼陶瓷具有质量轻、半导体物性、吸收种子、研磨效率高、与强酸强碱均不起反应等特点。由于具有上述优异的性能，碳化硼陶瓷被广泛地应用于冶金、化工、机械、航空航天等领域。例如：碳化硼可作为磨料加工宝石、陶瓷、轴承和刀具；可在冶金领域用作耐火材料；致密化的碳化硼还可以制作成喷嘴、机械密封件或是防弹材料等；碳化硼还因具有较大的热中子俘获界面可吸收大量的种子被用于核反应堆的防护。

超细粉末由于颗粒细小而且有很大的表面能，在液体中分散极易自发团聚形成二次粉末颗粒以减小体系的总表面能。在粉末悬浮液浸渗的条件下，如果粉末中存在团聚体则容易造成材料局部区域出现成分偏析，对材料的结构和性能有着许多不良的影响。因此，粉末的团聚现象以及如何采取行之有效的方法减少甚至消除团聚，以达到粉末在悬浮液中分散良好这一目的是在粉末的制备和使用中应该关注的问题。

粉末在液相介质中的分散状态，主要受粉末颗粒之间的相互作用的影响。目前，使粉末颗粒均匀地稳定分散于液相介质中，通常有以下三种稳定机理：

(1)静电稳定机理(双电层稳定机理)：在液相介质中，通过调节pH值或加入适当的电解质，使得粉末颗粒表面吸引电性相反的离子形成双电层，双电层间的库仑斥力大大降低了粉末颗粒团聚的引力，从而使得粉末颗粒分散。粉末颗粒的表面电位和溶液浓度是粉末颗粒在液相介质中静电稳定的两个最主要的因素。

(2)空间位阻稳定机理：在液相介质中加入电中性的高分子聚合物，粉末颗粒表面吸附高分子聚合物，形成了一个被包覆的粉末颗粒微团。高分子聚合物之间相互的空间位阻作用产生排斥力，使悬浮液稳定。粉末颗粒在低介电常数(即弱极性或非极性)的有机溶剂中分散，常常被认为是按空间位阻机理进行的。如在液相反应中加入聚乙二醇，聚乙二醇分子产生空间位阻作用，从而阻碍粉末颗粒进一步团聚长大。

(3)电空间位阻机理：选用一个既提供空间位阻作用同时又具有静电排斥作用的聚合物电解质为分散剂，调节悬浮液的pH，使颗粒表面吸附的聚合物电解质达到饱和吸附量和最大电离度，从而增加双电层斥力，使粉末颗粒均匀稳定的分散。常用的分散剂为高分子聚合物电解质，阴离子型高分子电解质，以聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸的铵盐或钠盐为代表。

粉末颗粒在液体中的分散手段，大体上可以分为三大类：

(1)选择相应介质：通过选择适当的分散介质可以获得分散较为充分的悬浮液，这是由粉末自身的性质来决定的。用于分散的液体介质分为极性介质和非极性介质两类。选择分散介质的原则是：极性粉末颗粒易于在极性介质中分散，非极性粉末颗粒易于在非极性介质中分散。

(2)加入分散剂：通过加入分散剂可以提供极性粉末颗粒在极性介质中的良好分散所需要的物理化学条件。分散剂的添加可以增大粉末颗粒间的互相排斥作用。常用的分散剂主要有两种：无机电解质，如聚磷酸钠，硅酸钠，氢氧化钠等，有机高分子聚合物，如聚丙烯酞胺系列、单宁等表面活性剂。表面活性剂的分散作用主要表现在它对颗粒表面润湿性调整，因其有着良好的分散作用而在工业中得到广泛的应用。

(3)机械力分散：机械力作用下的分散通常被认为是简单的物理分散,主要是借助外界剪切力或撞击力等机械能使纳米粒子在介质中充分分散的一种形式。通过对分散体系施加机械力会引起体系内物质的物理、化学性质变化并伴随一系列化学反应达到分散目的。粉末颗粒团聚的破坏主要是靠机械碎解和功率超声碎解。团聚体的机械碎解主要靠冲击，剪切及拉伸等机械力实现，是一种简便易行的手段具体形式有：研磨分散、胶体磨分散、球磨分散、砂磨分散、高速搅拌等。超声分散是把需要处理的悬浮液直接置于超声场中，控制适当的超声频率及作用时间，以使颗粒充分分散。一方面，超声波在颗粒体系中以驻波的形式传播，使颗粒受到周期性的拉伸和压缩；另一方面，超声波在液体中可以产生“空化”作用，使颗粒分散。