¿Cómo modificar la superficie del polvo de nitruro de silicio?
La modificación superficial del polvo de nitruro de silicio consiste principalmente en tratar la superficie del polvo mediante diversos métodos físicos y químicos para mejorar sus propiedades físicas y químicas.
La modificación superficial puede reducir la atracción mutua entre las partículas de polvo, lo que permite una mejor dispersión del polvo en el medio y mejora la dispersabilidad de la suspensión. También puede mejorar la actividad superficial del polvo de nitruro de silicio, aumentando su compatibilidad con otras sustancias y, por lo tanto, desarrollando nuevas propiedades.
El principio fundamental de la modificación superficial del polvo es que la interacción entre el polvo y el modificador superficial mejora la humectabilidad de la superficie del polvo y su dispersión en medios acuosos u orgánicos.
1. Modificación del Recubrimiento de Superficies
La tecnología de modificación del recubrimiento de superficies utiliza la adsorción física o química para fijar uniformemente el material de recubrimiento a la superficie del objeto recubierto, formando una capa de recubrimiento uniforme y completa. La capa de recubrimiento formada durante el proceso de recubrimiento suele ser una monocapa.
La modificación del recubrimiento generalmente se clasifica como inorgánica y orgánica. El recubrimiento inorgánico consiste principalmente en depositar óxidos o hidróxidos apropiados sobre la superficie de las partículas cerámicas para modificar el polvo, pero esta modificación solo afecta las propiedades físicas. El recubrimiento orgánico, por otro lado, implica la selección de sustancias orgánicas como materiales de recubrimiento. Estas sustancias orgánicas se unen a grupos en la superficie de las partículas de polvo y se adsorben selectivamente en la superficie, impartiendo las propiedades de la capa de recubrimiento al polvo.
Esta tecnología de modificación ofrece bajo costo, pasos sencillos y fácil control, pero los resultados suelen ser limitados.
2. Tratamiento Ácido y Alcalino de Superficie
Los procesos de moldeo cerámico generalmente requieren suspensiones cerámicas con alto contenido de sólidos y baja viscosidad. La densidad de carga en la superficie del polvo influye significativamente en la reología y la dispersabilidad de la suspensión. El lavado de la superficie del polvo cerámico (tratamientos ácidos y alcalinos) puede alterar las propiedades de carga superficial del polvo. Como su nombre indica, este método de modificación implica mezclar y lavar a fondo el polvo de nitruro de silicio con soluciones ácidas o alcalinas de concentraciones variables.
Al mismo tiempo, el tratamiento alcalino a cierta concentración también puede reaccionar con la superficie de los polvos cerámicos. Investigaciones de Wang Yongming et al. han demostrado que el lavado alcalino puede reducir el contenido de silanol en la superficie del polvo de carburo de silicio, disminuyendo su grado de oxidación, alterando la repulsión electrostática entre partículas y mejorando las propiedades reológicas de la suspensión.
3. Modificación de Dispersantes
Debido a las diferencias entre los distintos tipos de polvos cerámicos, la selección de un dispersante adecuado o el diseño de uno nuevo es fundamental para aumentar el contenido de sólidos de la suspensión cerámica. El tipo y la cantidad de dispersante añadido pueden alterar significativamente el efecto sobre las propiedades cerámicas.
Los dispersantes generalmente presentan estructuras hidrofílicas e hidrofóbicas, y es mediante la interacción entre estos grupos hidrofílicos e hidrofóbicos que ajustan las propiedades de dispersión de la suspensión cerámica. Los dispersantes incluyen surfactantes o electrolitos poliméricos, incluyendo surfactantes catiónicos y aniónicos.
Los electrolitos poliméricos incluyen ácido polivinilsulfónico, ácido poliacrílico, polivinilpiridina y polietilenimina. Los dispersantes pueden experimentar reacciones de adsorción con la superficie del polvo, incluyendo adsorción química y física, aprovechando las fuerzas entre partículas (fuerzas de van der Waals y repulsión electrostática) y el potencial de efectos estéricos.
4. Modificación de la Hidrofobicidad Superficial
La modificación de la hidrofobicidad superficial implica la conversión de los grupos hidroxilo del polvo cerámico en grupos hidrófobos, como grupos hidrocarbonados, grupos alquilo de cadena larga y grupos cicloalquilo. Estos grupos orgánicos se unen a la superficie del polvo cerámico, ejerciendo un fuerte efecto hidrófobo, lo que permite una mejor dispersión en el medio de dispersión y evita la aglomeración.
Cuando se injertan polímeros en la superficie del polvo de nitruro de silicio, las largas cadenas poliméricas se unen a la superficie del polvo, mientras que las cadenas hidrófilas de los otros extremos se extienden hacia el medio acuoso. Durante todo el proceso de dispersión, las partículas de polvo experimentan repulsión entre partículas y un impedimento estérico creado por las largas cadenas de polímero, lo que da como resultado una mejor dispersión de la suspensión.