كيفية تعديل سطح مسحوق نيتريد السيليكون؟

يتضمن تعديل سطح مسحوق نيتريد السيليكون بشكل أساسي معالجة سطح المسحوق بطرق فيزيائية وكيميائية متنوعة لتحسين خصائصه الفيزيائية والكيميائية.

يمكن لتعديل السطح أن يقلل من التجاذب المتبادل بين جزيئات المسحوق، مما يسمح بتشتته بشكل أفضل في الوسط، ويحسن قابلية تشتت ملاط ​​المسحوق. كما يمكن أن يعزز النشاط السطحي لمسحوق نيتريد السيليكون، مما يزيد من توافقه مع المواد الأخرى، وبالتالي تطوير خصائص جديدة.

يتمثل المبدأ الرئيسي لتعديل سطح المسحوق في أن التفاعل بين المسحوق ومُعدِّل السطح يعزز قابلية ترطيب سطح المسحوق، ويحسن تشتته في الأوساط المائية أو العضوية.

1. تعديل طلاء السطح

تستخدم تقنية تعديل طلاء السطح الامتزاز الفيزيائي أو الكيميائي لربط مادة الطلاء بشكل موحد بسطح الجسم المطلي، مما يُشكل طبقة طلاء موحدة وكاملة. عادةً ما تكون طبقة الطلاء المتكونة أثناء عملية الطلاء أحادية الطبقة.

يُصنف تعديل الطلاء عمومًا إلى مواد غير عضوية وعضوية. يتضمن الطلاء غير العضوي أساسًا ترسيب أكاسيد أو هيدروكسيدات مناسبة على سطح جزيئات السيراميك لتعديل المسحوق، إلا أن هذا التعديل يؤثر فقط على الخصائص الفيزيائية. أما الطلاء العضوي، فيتضمن اختيار مواد عضوية كمواد طلاء. تترابط هذه المواد العضوية مع مجموعات على سطح جزيئات المسحوق، وتمتص بشكل انتقائي على السطح، مانحةً المسحوق خصائص طبقة الطلاء.

توفر تقنية التعديل هذه تكلفة منخفضة، وخطوات بسيطة، وسهولة في التحكم، إلا أن النتائج الناتجة غالبًا ما تكون محدودة.

2. معالجة السطح بالأحماض والقلويات

تتطلب عمليات صب السيراميك عمومًا ملاطًا سيراميكيًا عالي المحتوى من المواد الصلبة ولزوجة منخفضة. تؤثر كثافة الشحنة على سطح المسحوق بشكل كبير على انسيابية الملاط وقابليته للتشتت. يمكن أن يؤدي غسل سطح مسحوق السيراميك (المعالجات الحمضية والقلوية) إلى تغيير خصائص الشحنة السطحية للمسحوق. وكما يوحي الاسم، تتضمن طريقة التعديل هذه خلط مسحوق نيتريد السيليكون وغسله جيدًا بمحاليل حمضية أو قلوية بتركيزات مختلفة.

في الوقت نفسه، قد تتفاعل المعالجة القلوية بتركيز معين مع سطح مساحيق السيراميك. وقد أظهرت دراسة أجراها وانغ يونغ مينغ وآخرون أن الغسل القلوي يمكن أن يقلل من محتوى السيلانول على سطح مسحوق كربيد السيليكون، مما يخفض درجة تأكسدها، ويغير التنافر الكهروستاتيكي بين الجسيمات، ويحسن الخواص الريولوجية للخليط.

3. تعديل المشتت

بناءً على الاختلافات بين أنواع مساحيق السيراميك المختلفة، يلعب اختيار المشتت المناسب أو تصميم مشتت جديد دورًا رئيسيًا في زيادة محتوى المواد الصلبة في الخليط الخزفي. ويمكن لنوع وكمية المشتت المضافة أن تُغير بشكل كبير من تأثيرها على خصائص السيراميك.

تتميز المشتتات عمومًا بتركيبات محبة للماء وكارهة للماء، ومن خلال التفاعل بين هذه المجموعات المحبة للماء والكارهة للماء، تُعدل خصائص تشتت الخليط الخزفي. تشمل المشتتات مواد خافضة للتوتر السطحي أو إلكتروليتات بوليمرية، وتشمل هذه المواد مواد خافضة للتوتر السطحي كاتيونية وأنيونية.

تشمل إلكتروليتات البوليمر حمض البولي فينيل سلفونيك، وحمض البولي أكريليك، وبيريدين البولي فينيل، وبولي إيثيلين إيمين. يمكن للمشتتات أن تخضع لتفاعلات امتزاز مع سطح المسحوق، بما في ذلك الامتزاز الكيميائي والفيزيائي، مستفيدةً من قوى التفاعل بين الجسيمات (قوى فان دير فالس والتنافر الكهروستاتيكي) وإمكانية حدوث تأثيرات فراغية.

4. تعديل كراهية السطح للماء

يتضمن تعديل كراهية السطح للماء تحويل مجموعات الهيدروكسيل في مسحوق السيراميك إلى مجموعات كارهة للماء، مثل مجموعات الهيدروكربون، ومجموعات الألكيل طويلة السلسلة، ومجموعات سيكلو ألكيل. ترتبط هذه المجموعات العضوية بسطح مسحوق السيراميك، مما يُحدث تأثيرًا كارهًا للماء قويًا، مما يُتيح تشتتًا أفضل في وسط التشتت ويمنع التكتل.

عند تطعيم البوليمرات على سطح مسحوق نيتريد السيليكون، تلتصق سلاسل البوليمر الطويلة بسطح المسحوق، بينما تمتد السلاسل المحبة للماء في الأطراف الأخرى إلى الوسط المائي. خلال عملية التشتت، تتعرض جزيئات المسحوق للتنافر بين الجزيئات والعوائق الفراغية الناتجة عن سلاسل البوليمر الطويلة، مما يُحسّن تشتت المادة.