超细金刚石SiO2包覆及在多组元盐溶液中分散稳定性

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利用St?ber法在超细金刚石(UFD)表面包覆SiO2,使其具有较强的亲水性,可提高其在多组分盐溶液中的分散稳定性,从而改善超精磨陶瓷结合剂金刚石砂轮的组织均匀性及磨削性能。探索不同厚度SiO2包覆UFD(UFD/SiO2)的制备工艺以及其在多组元盐溶液中的分散稳定性;并尝试在微米级金刚石颗粒上进行SiO2包覆。这些研究为高分子网络凝胶法制备组织结构均匀的超精磨陶瓷结合剂金刚石磨具提供理论上的指导。XRD和TEM分析表明,UFD/SiO2是具有单个金刚石核的核壳结构材料,SiO2壳层为无定形结构。通过调节氨水含量、正硅酸乙酯(TEOS)含量和反应时间等因素考察SiO2壳层厚度变化规律。在本文中,增加氨水和TEOS含量均可提高SiO2壳层厚度,当氨水含量超过2.00 ml或TEOS超过1.00 ml时,均会导致游离SiO2颗粒的生成,而TEOS分多次加入可以明显抑制游离SiO2的形成。在25℃和2.0 ml氨水催化条件下,1.50 ml TEOS可在15 h内基本完成向SiO2转换。实验中水解0.25 ml、0.50 ml和1.00 ml TEOS制备出SiO2平均厚度为10 nm、20 nm和46 nm的UFD/SiO2核壳材料。运用马尔文激光粒度仪分析UFD/SiO2在0.50 mol/L的硝酸盐溶液中粒度分布,动态光散射曲线(DLS)揭示UFD/SiO2核壳材料在硝酸盐溶液中的分散稳定性明显优于原始UFD,具有10 nm厚UFD/SiO2核壳材料可保持12 h稳定悬浮并不出现明显分层与沉降。随着SiO2壳层厚度的增加,UFD/SiO2核壳材料的分散变得容易,但分散稳定性有下降趋势。对不同粒度金刚石进行SiO2包覆时发现,纳米金刚石(ND)由于其粒度小,悬浮性好,并且表面能高,最容易实现SiO2包覆。随着金刚石颗粒尺寸增加,其悬浮性和对SiO2的吸附能力降低,SiO2包覆难度增加。通过提高磁力搅拌强度并降低TEOS水解速度可实现SiO2在较大粒度金刚石表面的包覆。实验发现,超声波辅助法可在50 ml无水乙醇溶剂中对1.0 g纳米金刚石(ND)和0.5 g的UFD进行SiO2包覆处理,与磁力搅拌法相比具有更高包覆效率。
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