Bagaimana cara memodifikasi permukaan bubuk silikon nitrida?
Modifikasi permukaan bubuk silikon nitrida terutama melibatkan perlakuan permukaan bubuk melalui berbagai metode fisika dan kimia untuk meningkatkan sifat fisika dan kimia partikel.
Modifikasi permukaan dapat mengurangi gaya tarik-menarik antar partikel bubuk, sehingga memungkinkan dispersi bubuk yang lebih baik dalam medium dan meningkatkan dispersibilitas bubur bubuk. Modifikasi permukaan juga dapat meningkatkan aktivitas permukaan bubuk silikon nitrida, meningkatkan kompatibilitasnya dengan zat lain, dan dengan demikian mengembangkan sifat-sifat baru.
Prinsip utama modifikasi permukaan bubuk adalah interaksi antara bubuk dan pengubah permukaan meningkatkan kebasahan permukaan bubuk dan meningkatkan dispersinya dalam media berair atau organik.
1. Modifikasi Pelapisan Permukaan
Teknologi modifikasi pelapisan permukaan memanfaatkan adsorpsi fisika atau kimia untuk melekatkan bahan pelapis secara merata pada permukaan objek yang dilapisi, membentuk lapisan pelapis yang seragam dan lengkap. Lapisan pelapis yang terbentuk selama proses pelapisan biasanya berupa lapisan tunggal.
Modifikasi pelapisan umumnya dikategorikan sebagai anorganik dan organik. Pelapisan anorganik terutama melibatkan pengendapan oksida atau hidroksida yang sesuai pada permukaan partikel keramik untuk memodifikasi serbuk, tetapi modifikasi ini hanya memengaruhi sifat fisiknya. Pelapisan organik, di sisi lain, melibatkan pemilihan zat organik sebagai bahan pelapis. Zat organik ini berikatan dengan gugus pada permukaan partikel serbuk dan secara selektif teradsorpsi ke permukaan, memberikan sifat lapisan pelapis pada serbuk.
Teknologi modifikasi ini menawarkan biaya rendah, langkah-langkah sederhana, dan kontrol yang mudah, tetapi hasil yang dihasilkan seringkali terbatas.
2. Perlakuan Asam dan Alkali Permukaan
Proses pencetakan keramik umumnya membutuhkan bubur keramik dengan kandungan padatan tinggi dan viskositas rendah. Kerapatan muatan pada permukaan serbuk secara signifikan memengaruhi reologi dan dispersibilitas bubur. Pencucian permukaan serbuk keramik (perlakuan asam dan basa) dapat mengubah sifat muatan permukaan serbuk. Sesuai namanya, metode modifikasi ini melibatkan pencampuran dan pencucian serbuk silikon nitrida secara menyeluruh dengan larutan asam atau basa dengan berbagai konsentrasi.
Pada saat yang sama, perlakuan alkali pada konsentrasi tertentu juga dapat bereaksi dengan permukaan serbuk keramik. Penelitian oleh Wang Yongming dkk. menunjukkan bahwa pencucian alkali dapat mengurangi kandungan silanol pada permukaan serbuk silikon karbida, menurunkan derajat oksidasinya, mengubah gaya tolak elektrostatik antar partikel, dan meningkatkan sifat reologi bubur.
3. Modifikasi Dispersan
Berdasarkan perbedaan antara berbagai jenis serbuk keramik, pemilihan dispersan yang tepat atau perancangan dispersan baru berperan penting dalam meningkatkan kandungan padatan bubur keramik. Jenis dan jumlah dispersan yang ditambahkan dapat mengubah efeknya secara signifikan terhadap sifat keramik.
Dispersan umumnya memiliki struktur hidrofilik dan hidrofobik, dan melalui interaksi antara gugus hidrofilik dan hidrofobik inilah mereka menyesuaikan sifat dispersi bubur keramik. Dispersan meliputi surfaktan atau elektrolit polimer, dengan surfaktan meliputi surfaktan kationik dan anionik.
Elektrolit polimer meliputi asam polivinil sulfonat, asam poliakrilat, polivinil piridina, dan polietilenaimina. Dispersan dapat mengalami reaksi adsorpsi dengan permukaan bubuk, termasuk adsorpsi kimia dan fisika, memanfaatkan gaya antarpartikel (gaya van der Waals dan tolakan elektrostatik) dan potensi efek sterik.
4. Modifikasi Hidrofobisitas Permukaan
Modifikasi hidrofobisitas permukaan melibatkan konversi gugus hidroksil dalam bubuk keramik menjadi gugus hidrofobik, seperti gugus hidrokarbon, gugus alkil rantai panjang, dan gugus sikloalkil. Gugus organik ini berikatan dengan permukaan bubuk keramik, memberikan efek hidrofobik yang kuat, memungkinkan dispersi yang lebih baik dalam media dispersi dan mencegah aglomerasi.
Ketika polimer dicangkokkan ke permukaan bubuk silikon nitrida, rantai polimer yang panjang menempel pada permukaan bubuk, sementara rantai hidrofilik di ujung lainnya meluas ke dalam media berair. Sepanjang proses dispersi, partikel bubuk mengalami tolakan antarpartikel dan halangan sterik yang diciptakan oleh rantai polimer yang panjang, sehingga menghasilkan dispersi bubur yang lebih baik.