硅基納米粉體在水介質(zhì)中的分散和抗沖刷耐磨納米復(fù)合涂層的制備.pdf

1、本文研究了Si/C/N、SiC納米粉體在水介質(zhì)中的分散行為。在取得最佳分散效果的基礎(chǔ)上，將Si/C/N、SiC納米粉體與單組分Z306型彈性聚氨酯涂層進(jìn)行了復(fù)合，制備出了抗沖刷耐磨納米復(fù)合涂層，并對涂層的制備工藝及性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 長期暴露于空氣中的Si/C/N、SiC納米粉體難以在水中進(jìn)行分散。為改善其分散性，本論文通過添加氨基甲酸乙酯(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)2.5％)和陰離子型聚電解質(zhì)分散劑73/A(體積百分比0.1％)的方法改善

2、了其潤濕性和分散性，討論了機(jī)械攪拌速度、機(jī)械攪拌時間、分散劑種類以及pH值變化對Si/C/N、SiC納米粉體分散效果的影響。 本論文采用激光粒度儀、TEM(透射電子顯微鏡)分析和沉降實(shí)驗(yàn)對Si/C/N、SiC納米粉體的分散性和穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明： (1)當(dāng)攪拌速度為22000r/min、攪拌時間為20min時，添加氨基甲酸乙酯(質(zhì)量百分比2.5％)和73/A分散劑(體積百分比0.1％)，并調(diào)節(jié)pH值至弱堿性范圍(

3、pH.7.5～8.5)，就可以改善Si/C/N納米粉體在水溶劑中的分散性和穩(wěn)定性。制備的Si/C/N納米粉體分散懸浮液(體積百分比16％)的平均粒度可達(dá)25.5nm左右，接近粉體的本征尺寸(25nm)，穩(wěn)定時間達(dá)33天； (2)當(dāng)攪拌速度為22000r/min、攪拌時間為20min時，添加73/A分散劑(體積百分比0.1％)，并調(diào)節(jié)pH值至9.5～10.5范圍，SiC納米粉體在水溶劑中的分散性和穩(wěn)定性得到明顯改善，在水溶劑中納米

4、SiC(體積百分比6％)懸浮液的平均粒度可達(dá)到24.6nm，接近粉體的本征尺寸(20nm)，穩(wěn)定時間超過一個月。 在獲得Si/C/N、SiC納米粉體良好分散的基礎(chǔ)上，本論文分怖制備了Si/C/N和SiC抗沖刷耐磨納米復(fù)合涂層，討論了添加不同填料對涂層性能的影響。并通過劃痕法、冷彎試驗(yàn)和沖刷試驗(yàn)對涂層的性能進(jìn)行了表征。得到的主要結(jié)論如下： (1)加入體積百分比8％Si/C/N納米粉體時，涂層性能最佳，增強(qiáng)體含量過高反而會使

5、涂層的成膜性、抗沖刷性以及附著力降低。其原因是當(dāng)增強(qiáng)體加入量超過其臨界值時，粒子間過于接近，涂層受沖擊時易產(chǎn)生微裂紋，在較大的塑性變形條件下，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致開裂，從而使抗沖刷性能下降； (2)微米粉體作為增強(qiáng)體加入到彈性聚氨酯涂層中時，涂層的各種力學(xué)性能均有不同程度的下降，有的甚至無法成膜，這是因?yàn)槲⒚追垠w分布不均，造成涂層宏觀上的不連續(xù)性，且微米粉體顆粒較大，易因重力作用而沉積在涂層的底部，而底部微米粉體的富集會降低涂層的附著力