Comment modifier la surface de la poudre de nitrure de silicium ?
La modification de surface de la poudre de nitrure de silicium consiste principalement à traiter la surface de la poudre par diverses méthodes physiques et chimiques afin d’améliorer les propriétés physiques et chimiques des particules.
La modification de surface peut réduire l’attraction mutuelle entre les particules de poudre, permettant une meilleure dispersion de la poudre dans le milieu et améliorant la dispersibilité de la suspension. Elle peut également améliorer l’activité de surface de la poudre de nitrure de silicium, augmentant ainsi sa compatibilité avec d’autres substances et développant ainsi de nouvelles propriétés.
Le principe de base de la modification de surface de la poudre est que l’interaction entre la poudre et le modificateur de surface améliore la mouillabilité de la surface de la poudre et améliore sa dispersion en milieu aqueux ou organique.
1. Modification du revêtement de surface
La technologie de modification du revêtement de surface utilise l’adsorption physique ou chimique pour fixer uniformément le matériau de revêtement à la surface de l’objet revêtu, formant ainsi une couche de revêtement uniforme et complète. La couche de revêtement formée lors du processus de revêtement est généralement monocouche.
Les modifications de revêtement sont généralement classées en inorganiques et organiques. Le revêtement inorganique consiste principalement à déposer des oxydes ou des hydroxydes appropriés à la surface des particules céramiques afin de modifier la poudre. Cette modification n’affecte que les propriétés physiques. Le revêtement organique, quant à lui, consiste à sélectionner des substances organiques comme matériaux de revêtement. Ces substances organiques se lient aux groupes présents à la surface des particules de poudre et s’adsorbent sélectivement sur la surface, conférant à la poudre les propriétés de la couche de revêtement.
Cette technologie de modification est économique, simple d’utilisation et facile à contrôler, mais les résultats sont souvent limités.
2. Traitement acide et alcalin de surface
Les procédés de moulage de céramique nécessitent généralement des barbotines céramiques à forte teneur en solides et à faible viscosité. La densité de charge à la surface de la poudre influence significativement la rhéologie et la dispersibilité de la barbotine. Le lavage de la surface de la poudre céramique (traitements acide et alcalin) peut modifier les propriétés de charge de surface de la poudre. Comme son nom l’indique, cette méthode de modification consiste à mélanger et à laver soigneusement la poudre de nitrure de silicium avec des solutions acides ou alcalines de concentrations variables.
Parallèlement, un traitement alcalin à une certaine concentration peut également réagir avec la surface des poudres céramiques. Les recherches de Wang Yongming et al. ont montré que le lavage alcalin peut réduire la teneur en silanol à la surface de la poudre de carbure de silicium, diminuant ainsi son degré d’oxydation, modifiant la répulsion électrostatique entre les particules et améliorant les propriétés rhéologiques de la barbotine.
3. Modification du dispersant
Compte tenu des différences entre les différents types de poudres céramiques, le choix d’un dispersant approprié ou la conception d’un nouveau dispersant joue un rôle clé dans l’augmentation de la teneur en solides de la barbotine. Le type et la quantité de dispersant ajouté peuvent modifier significativement l’effet sur les propriétés céramiques.
Les dispersants présentent généralement des structures hydrophiles et hydrophobes, et c’est par l’interaction entre ces groupes hydrophiles et hydrophobes qu’ils ajustent les propriétés de dispersion de la barbotine céramique. Les dispersants comprennent des tensioactifs ou des électrolytes polymères, notamment des tensioactifs cationiques et anioniques.
Les électrolytes polymères comprennent l’acide polyvinylsulfonique, l’acide polyacrylique, la polyvinylpyridine et la polyéthylèneimine. Les dispersants peuvent subir des réactions d’adsorption à la surface de la poudre, notamment chimiques et physiques, en exploitant les forces interparticulaires (forces de van der Waals et répulsion électrostatique) et le potentiel d’effets stériques.
4. Modification de l’hydrophobicité de surface
La modification de l’hydrophobicité de surface consiste à convertir les groupes hydroxyles de la poudre céramique en groupes hydrophobes, tels que des groupes hydrocarbonés, des groupes alkyles à longue chaîne et des groupes cycloalkyles. Ces groupes organiques se lient à la surface de la poudre céramique, exerçant un fort effet hydrophobe, permettant une meilleure dispersion dans le milieu de dispersion et empêchant l’agglomération.
Lorsque des polymères sont greffés à la surface d’une poudre de nitrure de silicium, les longues chaînes polymères se fixent à la surface de la poudre, tandis que les chaînes hydrophiles situées aux autres extrémités s’étendent dans le milieu aqueux. Tout au long du processus de dispersion, les particules de poudre subissent à la fois une répulsion interparticulaire et un encombrement stérique créé par les longues chaînes polymères, ce qui permet une meilleure dispersion de la suspension.