一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法

一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种硼化钛表面改性的方法，具体的说是一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法。
【背景技术】
[0002]陶瓷具有高强度、耐腐蚀等良好的机械性能，是一种优秀的结构材料。随着结构陶瓷应用范围的不断扩大，实现陶瓷与其他材料的连接技术也越来越受到人们的关注。其中，胶接在陶瓷的修复、连接等领域应用广泛。然而一般结构陶瓷表面结构致密，表面活性低，致使胶接效果不佳，针对陶瓷表面，常用的处理方法有:机械处理，粗化陶瓷表面;酸蚀处理等。目前也有部分研究针对氧化物陶瓷表面接枝偶联剂，效果显著。
[0003]而TiB2这类非氧化物陶瓷表面，不存在可与偶联剂作用的羟基，不可直接施加偶联剂进行接枝。本发明技术采取将TiB2陶瓷表面氧化刻蚀，再施加硅烷偶联剂，可显著提高陶瓷与胶黏剂的粘结性能，具有很强的实用价值和应用前景。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提供一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，该处理方法可显著提高陶瓷与胶黏剂的粘结性能。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，其特征在于包括如下步骤:
1)硼化钛陶瓷的表面氧化刻蚀:
(1)取硼化钛陶瓷片(洗净)，采用丙酮超声振荡，除去在加工过程中陶瓷表面存在的杂质，烘干，得到第一步试样，命名为TBC-1;
(2)将TBC-1置于马弗炉中进行氧化刻蚀，增加硼化钛陶瓷表面极性和粗糙度，生成可与硅烷偶联剂发生反应的表面氧化物薄层；自然降温到室温，并用去离子水洗，烘干，得到第二步试样，命名为TBC-2;
2)娃烧偶联剂的水解:
将醇和去离子水混合均匀，得到醇的水溶液，加入硅烷偶联剂;使用磁力搅拌器室温下充分搅拌，混合均匀，使得硅烷偶联剂完全水解，硅烷偶联剂在搅拌过程中发生水解，混合溶液从浑浊变为清澈透明，得到硅烷偶联剂溶液；
3)在硼化钛陶瓷表面施加硅烷偶联剂:
取TBC-2，用笔刷将所得硅烷偶联剂溶液均匀涂抹在硼化钛陶瓷表面(表面经氧化处理的硼化钛陶瓷表面)，涂抹完毕后，使用聚丙烯薄膜将陶瓷片完整覆盖，置于50-70°C环境下保温，保温时间为3-5h;除去聚丙烯薄膜，室温自然阴干，使用乙醇对陶瓷片进行清洗，烘干，得到第三步试样，命名为TBC-3。
[0006]所述的步骤I)中，超声振荡时间为10-30min(超声的频率为40KHz，功率为50W)；氧化刻蚀时马弗炉温度为600-1000 0C，保温时间为I _3h，升温速率为1 °C /min。
[0007]所述步骤2)中，醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种，硅烷偶联剂为KH550或者KH560中的一种。
[0008]所述步骤2)中，醇、去离子水的体积比为8-10:1;硅烷偶联剂的体积分数为醇的水溶液的10-25%。
[0009]本发明采取将TiB2陶瓷表面氧化刻蚀，再施加硅烷偶联剂，可显著提高陶瓷与胶黏剂的粘结性能，具有很强的实用价值和应用前景。
[0010]本发明包含以下效果:本发明可获得表面具有硅烷偶联剂涂层的硼化钛陶瓷。针对硼化钛陶瓷，采用先氧化刻蚀，再进行硅烷偶联剂涂层处理的方法，实现了非氧化物陶瓷表面与硅烷偶联剂的嫁接。在增加了硼化钛陶瓷表面粗糙度的同时将硅烷偶联剂涂层接枝在硼化钛表面，解决了硼化钛与某些树脂粘结剂间的界面浸润性和相容性问题。本发明作为一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的方法，处理效果显著，能有效改善硼化钛陶瓷表面与有机树脂粘结剂的粘结性能，陶瓷/树脂复合材料的机械性能可以得到显著提高。
【附图说明】
[0011]图1是本发明氧化刻蚀后的TiB2表面形貌。
[0012]图2是本发明偶联之后的陶瓷表面拉曼光谱图。
【具体实施方式】
[0013]下面对本发明的实施例作详细说明:实施例在本发明方案的前提下进行实施，给出了详细的的实施方式和操作过程，但本发明保护的范围不限于下述的实施例。
[0014]实施例1
一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，包括如下步骤:
I)硼化钛陶瓷的表面氧化刻蚀:
取经过电火花切割机切割的厚度为2mm的TiB2陶瓷片，于丙酮中超声振荡20min，除去加工过程中存在于陶瓷表面的油渍与杂物，烘干得到TBC-1。将TBC-1置于马弗炉中进行氧化刻蚀，升温速率10 °C/min，保温温度为800 V，保温时间2h，自然冷却到室温，获得表面覆盖了黄色的氧化膜的陶瓷，用去离子水清洗，烘干，得到TBC-2JBC-2表面形貌如图1所示。
[0015]2)取乙醇36ml，去离子水4ml，混合，然后加入1ml硅烷偶联剂KH-550，使用磁力搅拌器室温下搅拌20min，混合均匀，使得硅烷偶联剂完全水解，硅烷偶联剂在搅拌过程中发生水解，混合溶液从浑浊变为清澈透明，得到硅烷偶联剂溶液。
[0016]3)取TBC-2，用笔刷将所得硅烷偶联剂溶液均匀涂抹在硼化钛陶瓷表面，涂抹完毕后，使用聚丙烯薄膜将陶瓷片完整覆盖，置于60°C环境下保温4h。除去聚丙烯薄膜，室温自然阴干，使用乙醇对陶瓷片进行清洗，烘干，得到TBC-3。对陶瓷表面进行拉曼光谱测试，结果如图2所不。
[0017]使用环氧树脂对多片TBC-3进行粘结，固化完成后测试其界面剪切强度，其强度可达29.5Mpa。
[0018]实施例2
一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，包括如下步骤:
I)硼化钛陶瓷的表面氧化刻蚀: 取经过电火花切割机切割的厚度为2mm的TiB2陶瓷片，于丙酮中超声振荡lOmin，除去加工过程中存在于陶瓷表面的油渍与杂物，烘干得到TBC-1。将TBC-1置于马弗炉中进行氧化刻蚀，升温速率10°C/min，保温温度为600°C，保温时间lh，自然冷却到室温，获得表面覆盖了浅黄色的氧化膜的陶瓷，用去离子水清洗，烘干，得到TBC-2。
[0019]2)取甲醇32ml，去离子水4ml，混合，然后加入3.6ml硅烷偶联剂KH560，使用磁力搅拌器室温下搅拌20min，混合均匀，使得硅烷偶联剂完全水解，硅烷偶联剂在搅拌过程中发生水解，混合溶液从浑浊变为清澈透明，得到硅烷偶联剂溶液。
[0020]3)取TBC-2，用笔刷将所得硅烷偶联剂溶液均匀涂抹在硼化钛陶瓷表面，涂抹完毕后，使用聚丙烯薄膜将陶瓷片完整覆盖，置于50°C环境下保温3h。除去聚丙烯薄膜，室温自然阴干，使用乙醇对陶瓷片进行清洗，烘干，得到TBC-3。。
[0021]使用环氧树脂对多片TBC-3进行粘结，固化完成后测试其界面剪切强度，其强度达到22.3Mpa0
[0022]实施例3
一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，包括如下步骤:
I)硼化钛陶瓷的表面氧化刻蚀:
取经过电火花切割机切割的厚度为2mm的TiB2陶瓷片，于丙酮中超声振荡30min，除去加工过程中存在于陶瓷表面的油渍与杂物，烘干得到TBC-1。将TBC-1置于马弗炉中进行氧化刻蚀，升温速率1 °C /min，保温温度为100 V，保温时间3h，自然冷却到室温，获得表面覆盖了黄色的氧化膜的陶瓷，用去离子水清洗，烘干，得到TBC-2。
[0023]2)取异丙醇40ml，去离子水4ml，混合，然后加入8.8ml硅烷偶联剂KH550，使用磁力搅拌器室温下搅拌20min，混合均匀，使得硅烷偶联剂完全水解，硅烷偶联剂在搅拌过程中发生水解，混合溶液从浑浊变为清澈透明，得到硅烷偶联剂溶液。
[0024]3)取TBC-2，用笔刷将所得硅烷偶联剂溶液均匀涂抹在硼化钛陶瓷表面，涂抹完毕后，使用聚丙烯薄膜将陶瓷片完整覆盖，置于70°C环境下保温5h。除去聚丙烯薄膜，室温自然阴干，使用乙醇对陶瓷片进行清洗，烘干，得到TBC-3。
[0025]使用环氧树脂对多片TBC-3进行粘结，固化完成后测试其界面剪切强度，其强度可达32.8MpaD
【主权项】
1.一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，其特征在于包括如下步骤: I)硼化钛陶瓷的表面氧化刻蚀: (1)取硼化钛陶瓷片，采用丙酮超声振荡，烘干，得到TBC-1; (2)将TBC-1置于马弗炉中进行氧化刻蚀，自然降温到室温，并用去离子水洗，烘干，得到TBC-2; 2 )娃烧偶联剂的水解: 将醇和去离子水混合均匀，得到醇的水溶液，加入硅烷偶联剂;使用磁力搅拌器室温下充分搅拌，混合均匀，得到硅烷偶联剂溶液； 3)在硼化钛陶瓷表面施加硅烷偶联剂: 取TBC-2，用笔刷将所得硅烷偶联剂溶液均匀涂抹在硼化钛陶瓷表面，涂抹完毕后，使用聚丙烯薄膜将陶瓷片完整覆盖，置于50-70°C环境下保温，保温时间为3-5h;除去聚丙烯薄膜，室温自然阴干，使用乙醇对陶瓷片进行清洗，烘干，得到TBC-3。2.根据权利要求1所述的一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，其特征在于:所述的步骤I)中，超声振荡时间为10-30min;氧化刻蚀时马弗炉温度为600-1000°C，保温时间为I _3h，升温速率为1 °C /min。3.根据权利要求1所述的一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，其特征在于:所述步骤2)中，醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种，硅烷偶联剂为KH550或者KH560中的一种。4.根据权利要求1所述的一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，其特征在于:所述步骤2)中，醇、去离子水的体积比为8-10:1;硅烷偶联剂的体积分数为醇的水溶液的10-25%。
【专利摘要】本发明涉及一种硼化钛表面改性的方法。一种硅烷偶联剂改性硼化钛陶瓷表面的处理方法，其特征在于包括如下步骤：1）硼化钛陶瓷的表面氧化刻蚀：采用丙酮超声振荡，置于马弗炉中进行氧化刻蚀，使陶瓷片其表面氧化形成TiO2；2）硅烷偶联剂的水解：将醇和去离子水混合均匀，得到醇的水溶液，加入硅烷偶联剂；3）在硼化钛陶瓷表面施加硅烷偶联剂：用笔刷将所得硅烷偶联剂溶液均匀涂抹在表面经氧化处理的硼化钛陶瓷表面，涂抹完毕后，使用聚丙烯薄膜将陶瓷片完整覆盖，置于50-70℃环境下保温，保温时间为3-5h；除去聚丙烯薄膜，室温自然阴干，使用乙醇对陶瓷片进行清洗，烘干。施加偶联剂之后的硼化钛陶瓷与有机树脂的粘结性能明显提高。
【IPC分类】C04B41/91, C04B41/84
【公开号】CN105622166
【申请号】CN201610017511
【发明人】张金咏, 任欣楠, 张帆
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月12日