Påvirkning av suspensjonsegenskaper på fabrikasjon av silisiumkarbid keramiske produkter ved slikkerstøping

Abstract

Hovedinnholdet i denne oppgaven er påvirkningen av suspensjonsegenskaper på fabrikasjonen av silisiumkarbidprodukter ved slikkerstøping. Silisiumkarbid keramikk har høy temperaturstabilitet, høy mekanisk styrke og god varmeledningsevne, og anvendelsesområdet blir mer og mer omfattende. For å tilfredsstille behovene i industriproduksjon, brukes slikkerstøping til å produsere silisiumkarbidprodukter som markedet krever. Denne støpingsteknikken krever fremstilling av silisiumkarbid slikker med høyt solidinnhold, lav viskositet og god stabilitet. For å undersøke konduktiviteten, pH og viskositeten til silisiumkarbid suspensjon, ble det først studert egenskapene til silisiumkarbid slikker. Så som reologiske egenskaper som endrer flyt og deformasjonsatferd for suspensjon, dispersjonsmekanisme for dispergeringsmiddel som forhindrer at partikler nærmer seg, og virkningene av slikker egenskapene på grønnkropper som justerer pH-verdien i slikker kan justere den elektriske ladningen på partikkeloverflaten, så den elektriske ladningen øker, den elektriske dobbel-lag frastøtningen øker, og en stabil slikker tilstand oppnås.

Grunnleggende teori for kontroll av stabilisert slikker ble oppnådd. Deretter ble noen eksperimenter utført for å analysere faktorene som påvirker viskositeten til silisiumkarbid slikker, så som konduktivitet, pH-verdi, dispergeringsmidler og solid innhold. På grunn av det eksperimentelle arbeidet begynte i perioden med Covid-19 stengning, så ble imidlertid den opprinnelige planlagte slip casting kansellert, og laboratoriet ble også stengt. Så kun resultatene fra gjennomførte eksperimenter og lab fata fra Washington Mills AS ble analysert i denne oppgaven.

De eksperimentelle resultatene viste at syrevaskingsprosessen til silisium karbid fint pulver har en betydelig innvirkning på pH og konduktivitet av silisium karbid slikker. Slikker med pulver som var ikke syre-vasket har høy konduktivitet på grunn av høyt jerninnhold, men slikker med syre-vasket pulver har relativt lavere ledningsevne. Syre vasking prosessen gjør at konduktiviteten ble redusert fra 40,5 μS⁄cm til 13,9 μS⁄ cm og pH fra 6,41 til 4,44. Slikkerstabiliteten ble analysert ved viskositetsmåling som en funksjon av tiden. De beste betingelsene for stabil slikker ble valgt på basis av lav viskositet med høyt solid innhold. Det ble observert at 0,012 wt% med AMP-dispergeringsmiddel (2-amino-2-methyl-1-propanol) resulterte i laveste viskositet av slikker med 80 wt% solid innhold.På slutten av denne oppgaven ble det også foreslått videre arbeid. Som for eksempel å måle viskositetsprøvene til å observere avvikling og størkning av slikker.

Studer de reologiske egenskapene til silisium karbid slikker til å bekrefte om slikker er Bingham plast fluid ellers annen type fluid. Oppdager nye metoder for å måle skjærspenning og skjærhastighet til viskositetsmåling, anbefaler å bruke skive-spindler (spindel no. 62 og 63 fra Brookfield DV-II+ viskometer) istedenfor sylindrisk spindler (spindel no. 61 og 64). Utfør slikkerstøping prosess på silisium karbid slikker, og studer slikkers effekten på grønnkropper. Finn ut ulike dispergeringsmidler med forskjellig mengde for å tilberede slikker med god stabilitet og høyt solid innhold i slikker.

The main content of this thesis is the influence of slip properties on the fabrication of silicon carbide products by slip casting. Silicon carbide ceramics have high temperature stability, high mechanical strength and high thermal conductivity, and its application range is becoming more and more extensive. For satisfying the needs of industrial production, slip casting is used to produce silicon carbide products required by the market. This casting technique requires the preparation of silicon carbide slip with high solid content, low viscosity, and good stability.

In order to research the conductivity, pH and viscosity of silicon carbide ceramic slip, firstly, the properties of silicon carbide slip were studied. Such as rheological properties changing the flow and deformation behavior of slip, dispersion mechanism of dispersant preventing particles approaching, and the effects of the slip properties on green body which adjust the pH value in the slip can adjust the electric charge on the particles surface, so the electric charge increases, the electric double layer repulsion increases, and a stable slip state is achieved.

Basic theory of controlling stabilized ceramic slip was obtained. Then, some experiments were done to analyze the factors which affect the viscosity of silicon carbide slip. Such as conductivity, pH value, dispersants and solid content. However, because the experimental work began in the period of the Covis-19 closure that the original planned slip casting was cancelled, and the laboratory was closed as well. So only the results from completed experiments and the lab. data from Washington Mills AS was analyzed in this paper.

The experimental results showed that the acid washing process of SiC fine powder has a significant effect on the conductivity and pH of silicon carbide slip. The silicon carbide slip with unacid-treated powder has high conductivity because of higher iron content. The silicon carbide slip with acid-treated powder has relatively lower conductivity. The conductivity was decreased from 40.5 μS⁄cm to 13.9 μS⁄cm and pH from 6.41 to 4.44. The slip stability was analyzed by viscosity measurement as a function of time. The best conditions of stable slip were selected on the basis of low viscosity with high solid content. It was observed that 0.012 wt% of AMP-dispersant (2-amino-2-methyl-1-propanol) resulted lowest viscosity of the slip with 80 wt% solid content.

At the end of this paper, further work was also suggested. Such as the re-measure the viscosity to observe the settlement and solidification of the slip. Study the rheological properties of SiC slip to confirm whether the fluid is Bingham plastic fluid or other types of fluid. Discover new methods to measure shear stress and shear rate of viscosity measurement and recommend using disc-spindles (spindle nr. 62 and 63 of Brookfield DV-II+ viscometer) instead of cylinder-spindles (spindle nr. 61 and 64). Perform slip casting process on silicon carbide slip to study the slip effect on the green bodies. And also check different type of dispersants with different amount to prepare silicon carbide slip with good stability and high solid content.