喬志勇

摘要：文章采用WC-TiC-TaC-Co硬質(zhì)合金表面進(jìn)行二氧化硅陶瓷的涂層，實(shí)驗(yàn)以WC-TiC-TaC-Co硬質(zhì)合金粉末壓胚為基體，分別采用含氫聚硅氧烷和二甲基硅油為Si源，通過(guò)含氫聚硅氧烷（HPSO）與二乙烯基苯（DVB）進(jìn)行交聯(lián)工藝、涂層工藝獲得包覆膜和通過(guò)二甲基硅油，用二甲苯稀釋得到不同粘性的溶液進(jìn)行涂層工藝以一定的升溫速率至1440℃、真空燒結(jié)而成。

關(guān)鍵詞：WC-TiC-TaC-Co硬質(zhì)合金；二氧化硅陶瓷；涂層工藝；交聯(lián)工藝；結(jié)合機(jī)制 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TG174 文章編號(hào)：1009-2374（2016）30-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.30.035

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)使用的原料與試劑如表1所示：

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

1.2.1 二甲基硅油。其為Si-O-Si主鏈聚合物，本身具有一定黏性，在室溫下能穩(wěn)定存在；裂解時(shí)逸出氣體少，陶瓷產(chǎn)率高。其可溶于二甲苯，調(diào)節(jié)黏度。

1.2.2 含氫聚硅氧烷。單體易得且價(jià)格低；合成工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高；聚合物為液體，在室溫下能穩(wěn)定存在；裂解時(shí)逸出氣體少，陶瓷產(chǎn)率高；含有Si-H的活性基團(tuán)。其與二乙基苯交聯(lián)機(jī)理Si-H與碳碳雙鍵或進(jìn)行加成反應(yīng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.3.1 以氫情聚硅氧烷為Si源。采用不同比例含氫聚硅氧烷和二乙烯基苯；混合均勻；放入烘箱中用不同溫度交聯(lián)4h；通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆機(jī)涂覆；烘干成膜；1440℃真空燒結(jié)。

1.3.2 以二甲基硅油為Si源。采用不同比例二甲基硅油和二甲苯；混合均勻；通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆機(jī)涂覆；烘干成膜；1440℃真空燒結(jié)。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 IR分析

圖1為原料（HPSO）、交聯(lián)劑（DVB）和交聯(lián)后得到的樣品（HD）的IR圖。

對(duì)圖1進(jìn)行分析可得：僅以加熱為引發(fā)交聯(lián)的條件可以使含氫聚硅氧烷與二乙烯基苯發(fā)生交聯(lián)，但是反應(yīng)并不完全。另外，C=O雙鍵的存在說(shuō)明樣品有一部分樣品氧化，宏觀表現(xiàn)為樣品由乳白色變成淡黃色。

2.2 XRD分析

2.2.1 含氫聚硅氧烷為Si源的XRD分析。

圖2為含氫聚硅氧烷與二乙烯苯的體積比為2∶1的條件下，在120℃交聯(lián)4h，進(jìn)行涂層2次，于1440℃燒結(jié)的樣品的XRD圖。從圖中可以分析得出該樣品含有SiO2、SiC、TiC、Co以及W2C。其中的SiO2大部分為a=b≠c，即六方晶系。另外還含有a=b≠c，即四方晶系。由于我們的燒結(jié)溫度在1440℃，根據(jù)石英的晶型隨溫度的轉(zhuǎn)化圖可以推斷其結(jié)晶形態(tài)為鱗石英以及方石英。

2.2.2 二甲基硅油為Si源的XRD分析。

圖3為二甲基硅油與稀釋劑體積比為3∶1，涂層2次，于1440℃燒結(jié)的樣品。從該圖分析得到其含有SiO2、SiC、Co、C27H48以及W2C。其中的SiO2大部分為a=b≠c，即六方晶系。還有一部分為a≠b≠c，即單斜晶系。根據(jù)石英的晶型可以推斷其結(jié)晶形態(tài)為鱗石英。

2.3 SEM分析

圖4中A為以二甲基硅油為Si源涂層的樣品，B為以含氫聚硅氧烷為Si源涂層樣品，C為未涂層的樣品。

圖4中C為未涂層的燒結(jié)后的SEM圖，B為含氫聚硅氧烷與二乙烯苯的體積比為2∶1的條件下，在120℃交聯(lián)4h，進(jìn)行涂層2次，于1440℃燒結(jié)的樣品的SEM圖，A為以二甲基硅油與稀釋劑（二甲苯）的體積比為3∶1的條件下，進(jìn)行涂層2次，于1440℃燒結(jié)的樣品的SEM圖。對(duì)3圖進(jìn)行比較分析可知：以含氫聚硅氧烷為Si源的樣品涂層的相對(duì)太單薄，依然還存在Co的形貌，沒(méi)有氣孔的存在，燒結(jié)時(shí)隨溫度提高，晶粒長(zhǎng)大硬度增加，其涂層與基體相互滲透形成擴(kuò)散型結(jié)合，另外在XRD中檢測(cè)到了W2C的存在，說(shuō)明有一部分與WC相互發(fā)生了反應(yīng)形成化合型結(jié)合，故此其結(jié)合強(qiáng)度較高。以二甲基硅油為Si源的樣品，涂層比較均勻，表面不存在基體材料的物質(zhì)的形貌，基本已完全包覆，但是表面有大量的氣孔存在，結(jié)合強(qiáng)度不好是典型的突變型結(jié)合。

2.4 EDS度分析

對(duì)圖5的譜圖處理：沒(méi)有被忽略的峰，處理選項(xiàng)：所有經(jīng)過(guò)分析的元素（已歸一化），重復(fù)次數(shù)=4。

標(biāo)準(zhǔn)樣品：

C CaCO3 1-Jun-1999 12∶00AM

O SiO2 1-Jun-1999 12∶00AM

Ne Not defined 1-Jun-1999 12∶00AM

Si SiO2 1-Jun-1999 12∶00AM

Co Co 1-Jun-1999 12∶00 AM

Ni Ni 1-Jun-1999 12∶00AM

W W 1-Jun-1999 12∶00AM

表2 以HPSO為Si源的涂層樣品的EDS元素及比例

元素 C K O K Ne K Si K Co K Ni K W M 總量

重量（%） 14.06 2.68 1.96 3.52 14.05 1.89 61.85 100

原子（%） 54.00 7.72 4.49 5.78 11.00 1.48 15.52

根據(jù)EDS的分析，可以進(jìn)一步證明樣品中二氧化硅陶瓷的存在，但是其含量相對(duì)太少，說(shuō)明涂層太薄，可能產(chǎn)生的原因，僅以加熱為交聯(lián)的手段得到的粘性溶液其中轉(zhuǎn)化量太少（IR分析可以證明），另外就是本實(shí)驗(yàn)的涂層次數(shù)太少。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)WC-TiC-TaC-Co硬質(zhì)合金表面SiO2陶瓷層的制備與表征的研究，可以得出以下結(jié)論：（1）以HPSO為Si源的前提下，僅以加熱為引發(fā)交聯(lián)的手段，HPSO與DVB的交聯(lián)程度很低。查閱文獻(xiàn)，以氯鉑酸和加熱兩種引發(fā)交聯(lián)的手段的情況下，交聯(lián)程度可以達(dá)到98%，而HPSO與DVB的體積比對(duì)其交聯(lián)程度的影響并不是很大，但其V（HPSO）/V（DVB）≥10∶3時(shí)，其交聯(lián)基本不會(huì)進(jìn)行；（2）以HPSO為Si源的前提下，在僅以加熱為交聯(lián)手段，V（HPSO）/V（DVB）=2/1時(shí)，交聯(lián)程度最好；（3）以二甲基硅油為Si源的前提下，在1440℃燒結(jié)，由于碳?xì)浠衔锏脑颍瑢?dǎo)致WC-TiC-TaC-Co硬質(zhì)合金表面SiO2陶瓷層存在大量的氣孔；（4）WC-TiC-TaC-Co硬質(zhì)合金表面SiO2陶瓷層在1440℃燒結(jié)，交聯(lián)固化的產(chǎn)物裂解由非晶體物質(zhì)開(kāi)始結(jié)晶，形成鱗石英和部分方石英；（5）對(duì)WC-TiC-TaC-Co硬質(zhì)合金表面進(jìn)行涂層時(shí)，以二甲基硅油為Si源涂層比較均勻。以HPSO為Si源由于涂層次數(shù)較少，導(dǎo)致涂層不完全；（6）以聚硅氧烷為Si源，必然導(dǎo)致樣品SiC的存在，但是對(duì)本文的兩種不同Si源比較，HPSO是一種值得研究的Si源。

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