1、开尔纳米产品应用论文（周报）论文名称 纳米碳化硅粉体在复合高分子材料中的应用一、本期推介粉体：例如：纳米碳化硅粉体1、主要技术指标（与本论文相关联的指标）：SiC 具有 和 两种晶型。-Sic 的晶体结构是立方晶系，Si 和 C 分别组成面心立方晶格，SiC 的原子间距为 0.1888nm，-SiC 存在着 4H、15R 和 6H 等 100 余种多型体，其中，6H 多型体在工业上应用最为广泛。在 6H-SiC 中，Si 与 C 交替成层状堆积，Si 层间或 C 层间的距离为 0.25nm，Si-C 的原子间距约为 0.19nm。在 SiC 的两种晶型之间存在一定的热稳定性关系。温度低于 16
2、00时，SiC 以 -SiC 存在；温度高于 1600时，-SiC 通过再结晶缓慢转变成 -SiC 的各种型体（4H、6H 和 15R 等）。4H-SiC 在 2000左右容易生成；而 15R 和 6H 多型体均需在 2100以上才能生成，但 15R 的热稳定性比 6H 多型体差，对于 6H-SiC,即使温度超过 2200也非常稳定。2、本期重点推介的性能（关键词、句）：纳米碳化硅粉体 纳米碳化物 二、产品应用的主要内容（使用方法、简易流程等）：1、主要原理（机理）叙述：本产品纯度高、粒径小、分布均匀，比表面积大、高表面活性，松装密度低，具有极好的力学、热学、电学和化学性能，如下： 1、硬度高
3、，弹性模量大，具有良好的自润滑性，是首先的材料耐磨添加剂；2、热胀系数低，导热系数高，同时具有很好的吸波特性；3、SiC 是第三代半导体材料的核心之一，具有很多优点，如带隙宽、热导率高、电子饱和漂移速率大、化学稳定性好等，非常适于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成的电子器件；4、化学稳定性高，纯的 SiC 不会被 HC1、HNO3、H2SO4 和 HF 等酸溶液以及 NaOH 等碱溶液所侵蚀，但在空气中加热时会发生氧化反应。2、使用工艺、过程描述：2.1 SiC 填充改性高分子复合材料用无机物质填充改性有机高分子材料所制备的聚合物基复合材料是一类新型材料，在性能（如耐磨性）提高的同时，
4、还表现出一些新的性能（如吸波性能）。特别是对纳米无机填料改性高分子材料所制备的复合材料而言，在填料和基体之间形成了松散材料体积分数更大的界面层，所以在填料含量非常低的条件下就可以对材料的性能产生很大影响。这种特性尤其有利于提高热固性树脂基复合材料的耐磨性。纪秋龙等用纳米 SiC 对环氧树脂进行了填充改性并对改性后复合材料的摩擦学性能进行了研究。由于纳米 SiC 与环氧树脂之间相容性较差，他们先对纳米 SiC 进行了表面大分子接枝预处理，在其表面引人聚丙烯酞胺，一方面改善了纳米 SiC 在环氧树脂基体中的分散性；另一方面也通过引人的酞胺基团与环氧树脂反应，通过化学键紧密联结起来，从而更有效地发挥
5、纳米 SiC 的作用。结果表明，经纳米 SiC 填充的复合材料的耐磨性比未改性的环氧树脂提高了近 4 倍，摩擦系数降低了 36。Nathaniel chishohn 等系统地研究了不同含量（1.53.0，质量分数，下同）的纳米 SiC 填充环氧树脂后树脂性能的变化，结果发现，经 1.5的纳米 SiC 填充改性后，树脂的力学性能比纯树脂的有明显提高，拉伸模量提高了 44.9，拉伸强度提高了 15.8。还有人将粒径为 10nm 和 30nm 的微晶 SiC 掺人聚乙烯基咔唑和香豆素的共混物中，并测量了得到的复合材料的线性电致发光效应。在掺人了纳米微晶 SiC 后，无论在静态区域还是在光引发区域，测
6、定线性电致发光效应系数的响应都明显增大。但相对于静态区域而言，光引发区域的线性电致发光效应系数要更大一些。在这种客体一主体材料中，纳米微晶 SiC 与其周围聚合物之间的界面层在电致发光效应中起主导作用。虽然估算出来的线性电致发光效应系数比已知的无机电致发光晶体低，但是在复合材料的均一区域上所得到的测量值却大得多。李家俊等研究了 SiC 纤维体积含量小于 2的环氧树脂/碳化硅纤维复合吸波材料不同排布的吸波性能。结果表明，碳化硅纤维吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关；正交排布试样的吸波效果总体上优于平行排布试样；在频率大于 8 GHz、SiC 纤维的间距为 4mm 如和 SiC 纤维含量为
7、 1600 根束时的正交排布方式下获得了-10 dB 以下的反射衰减。K.Kueseng 和 K.I.Jacoi 先将纳米 SiC 分散在天然橡胶（NR）的聚合物溶液中，然后用蒸发干燥的方法除去溶剂、最终制得了橡胶纳米复合材料。研究发现,SiC 含量为1.5的橡胶试样的断裂应变比硫化后的纯橡胶试样减少了 20%；试样的初始模量随着SiC 含量的增加而增大，在 SiC 含量为 1.5时达到最大值。1.5的 SiC 填充改性的NR 的初始模量为 1.44MPa 极限强度为 9MPa，断裂伸长率为 64.8。而另有报道说40的碳黑填充改性的 NR 的初始模量为 1.6 MPa;极限强度为 10.6M
8、Pa，断裂伸长率为434%。2.2 聚合物包覆改性 SiC粉体的表面包覆改性是指在原来单一组分的基元物质表面上均匀地引人 1 种或多种其他物质；以改变原来基元物质基本性质的方法。它最终使由这些改性原料生产出的材料的性能得到提高，功能和用途得到扩大，同时也使材料制造和成型工艺得到进一步完善和发展。表面包覆技术是制造此类刁刘刊斗的关键技术。王苹等先用有机硅烷偶联剂对 SiC 粉体进行预处理，然后使甲基丙烯酸甲酯在引发剂作用下在 SiC 粉体表面发生乳液聚合反应，对 SiC 粉体表面进行了聚电解质包覆改性价改性得到的复合材料粒子表面具有很强的疏水性，有些样品几乎完全不溶于水。有研究表明，在 SiC
9、悬浮水溶液中，以 FeCl3 为氧化剂，聚吡咯可以发生氧化聚合反应包覆在 SiC 粒子的表面，形成一种新型 SiC/聚吡咯导电复合材料。这种复合材料电导率的大小主要由聚毗咯在SiC 表面的含量所决定。聚吡咯为 35%时复合材料的电导率约为 2S/cm，与用向样的氧化剂在向样制备条件不制得的纯聚吡咯粉末的电导率在同一数量级范围内。2.3 硅粒子注放改性聚合物离子注人聚合物表面改性是当前国际上极为关注的研究课题。采用离子注人可以有效地改善聚合物表面物理和化学特性，例如提高其表面强度，增强抗磨损性，改善导电性和光学性能。吴瑜光等采用离子注人的方法将 Si 离子注人到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜
10、中。红外吸收测量结果表明了 SiC 和 C 颗粒的形成。这些颗粒的形成增强了注入层表面强化效果，改善了 PEF 薄膜的表面导电性能。PET 薄膜的表面电阻率随着 Si 离子注人量的增加而明显不降。当 Si 离子的注人量为 2x1017cm-2 时，PET 薄膜的表面电阻率小于 7.9m。表面硬度和弹性模量分别比未注入时提高了 12.5 倍和 2.45 倍。此外，Si 离子注人的薄膜表面划痕比未注入的划痕窄而浅，说明薄膜的表面抗磨损性能得到了极大的增强。2.4 聚合物接技改性 SiC超细粉体研磨粉碎后，在其新生表面产生一系列的变化，如孪晶、位错裂缝或杂质等缺陷，使粒子表面具有可以发生自由基反应的
11、活性点，在适当的条件下，聚合物活胜单体可以在这些活性点上反应接枝于粒子表面，再引发聚合反应而得到包覆性固体颗粒。在接枝共聚反应中，人们常常采用偶联剂（钛酸酯类、有机硅烷类、铝酸酯类及磷酸酯类）先对粉体进行预处理。以有机硅烷类偶联剂为例，它是一种具有双亲结构基团的物质，它水解后可以和无机粉体表面的-OH 反应、形成牢固的化学键；而经偶联剂处理后的粉体中因含有偶联剂的另一部分亲和性基团，也能产生活性中心，从而可以引发接枝共聚反应）。一般来说，聚合物接枝改性也会对粒子产生表面包覆作用。魏明坤等先将 SiC 粉体用偶联剂 KH-550 处理，然后再将已经处理过的 SiC 粉体和聚甲基丙烯酸甲酯发生接枝
12、共聚反应。结果表明，用聚甲基丙烯酸甲酯接枝改性 SiC粉体，掩盖了粉体原有的性质，有效地防止了粉体的团聚。而用这种改性后的 SiC 粉体制备的料浆，Zeta 电位增大，流动性变好，且在保证成型流动性的条件下，将浆料的固相含量从 40%（体积分数）提高到了 50%。吉晓莉等研究发现，丙烯酰胺与经过偶联剂 KH-550 预处理的 SiC 粉体可以发生接枝共聚反应，并在粉体表面形成偶联剂和丙烯酞胺的双包覆层。测试分析结果表明，偶联剂处理的 SiC 粉体经共聚反应后，透射电镜照片不但反映出粉体表面包覆上了一层有机物，还显示出这层有机物非常完整地覆盖了粉体原有的表面。而红外吸收光谱则显示出偶联剂与粉体表
13、面的羟基发生了反应，形成了第一包覆层；而丙烯酞胺与改性 SiC 的接枝共聚反应产物以及它自身的聚合产物聚丙烯酞胺则形成了第二包覆层。正是这第二层包覆物质有效地改善了 SiC 粉体水基分散时的稳定性，同时也提高了粉体的分散性能。为了克服纳米粒子在高分子材料中分散时容易团聚结块的缺点，Ron9 Min Zhi等采用接枝共聚的方法在纳米SiC粒子表面引人了聚丙烯酞胺，并对改性粒子填充环氧树脂的摩擦性能进行了研究。从未改性和接枝改性SiC粒子的扫描电镜照片中可以看出，未改性的SiC粒子的直径比厂家给出的大得多，这说明未改性的纳米粒子出现了严重的结块现象。而经接枝改性之后，在结块区域周围出现了一层薄膜和
14、很多微小的粒子。这说明接枝单体穿透了纳米粒子的结块区域，并且在该区域内外同时聚合。接枝改性SiC粒子填充环氧树脂比未改性SiC粒子填充改性环氧树脂的摩擦因数和比磨损率都小得多。此外，他们还发现，在环氧树脂中加人少量纳米粒子后树脂耐磨性的提高不仅与纳米粒子本身有关，还与粒子的掺入所引起的基体的三、纳米粉体应用前景描述：1、改性高强度尼龙材料：纳米 SiC 粉体颗粒在高分子复合材料中相容性好，分散度好，基本结合性好，改性后尼龙合金抗拉强度提高，耐磨性能提高。该材料主要用于装甲履带车辆高分子配件、汽车转向部件，纺织机械，矿山机械衬板等部位。2、改性特种工程塑料聚醚醚酮（PEEK）耐磨性能：用偶联剂进
15、行表面处理后的纳米碳化硅，在添加量为 5%10%时，可大大改善和提高 PEEK 的耐磨性。（用微米级碳化硅填充 PEEK 的磨损方式以梨削和磨粒磨损为主，而用纳米级碳化硅填充 PEEK 的磨损方式以轻微的粘着转移磨损为主。）3、纳米碳化硅在橡胶轮胎中的应用：添加一定量的纳米碳化硅在不改变原胶配方前提下进行改性处理，在不降低其原有性能和质量的条件下，耐磨性可提高 15%30%。另外，纳米碳化硅还应用在橡胶胶辊、打印机定影膜等耐磨损、高散热性、耐高温等橡胶产品中。4、金属表面纳米 SiC 复合镀层：采用纳米级微粒第二项混合颗粒，镍为基质金属，在金属表面形成高致密度，结合力非常好的电沉积复合镀层，其
16、金属表面具有超硬（耐磨）和减磨（自润滑）耐高温的特点。其复合镀层显微硬度大幅度提高，耐磨性提高 2-5 倍；使用寿命提高 2-5 倍；镀层与基体的结合力提高 30-40%，覆盖能力强，镀层均匀、平滑、细致。5、纳米碳化硅粉体在聚四氟乙烯树脂里添加百分之一时，就可以大辐增加聚四氟乙烯加工成型后的耐磨损能力。6、其他应用：高性能结构陶瓷（如火箭喷嘴、核工业等）、吸波材料、抗磨润滑油脂、高性能刹车片、高硬度耐磨粉末涂料、复合陶瓷增强增韧等。SiC 陶瓷具有硬度高、高温强度大、抗蠕变性能好、耐化学腐蚀、抗氧化性能好、热膨胀系数小及高热导率等优异性能，是一种在高温和高能条件下极具应用前景的材料。SiC 用于制备金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料，已经表现出优异的性能。此外，SiC 在隐身吸波材料方面也有重要的应用。本文综述了 SiC 在高分子聚合物中的应用。四、参考文献：1、著作、刊物：百度文库：http:/ 本文章内容全部转载于互联网，不代表本人一切立场与观点，发表仅为学习之用。
