질화규소 분말의 표면을 어떻게 개질하나요?

질화규소 분말의 표면 개질은 주로 다양한 물리적 및 화학적 방법을 통해 분말 표면을 처리하여 입자의 물리적 및 화학적 특성을 개선하는 것을 포함합니다.

표면 개질은 분말 입자 간의 상호 인력을 줄여 분말이 매질에 더 잘 분산되도록 하고 분말 슬러리의 분산성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 질화규소 분말의 표면 활성을 향상시켜 다른 물질과의 상용성을 높이고 새로운 특성을 개발할 수 있습니다.

분말 표면 개질의 주요 원리는 분말과 표면 개질제 간의 상호작용을 통해 분말 표면의 습윤성을 향상시키고 수성 또는 유기 매질에서의 분산성을 개선하는 것입니다.

1. 표면 코팅 개질

표면 코팅 개질 기술은 물리적 또는 화학적 흡착을 이용하여 코팅 재료를 코팅 대상물 표면에 균일하게 부착시켜 균일하고 완전한 코팅층을 형성합니다. 코팅 공정 중 형성되는 코팅층은 일반적으로 단층입니다.

코팅 개질은 일반적으로 무기 및 유기 코팅으로 분류됩니다. 무기 코팅은 주로 세라믹 입자 표면에 적절한 산화물 또는 수산화물을 증착하여 분말을 개질하는 방식이지만, 이러한 개질은 물리적 특성에만 영향을 미칩니다. 반면, 유기 코팅은 코팅 재료로 유기 물질을 선택하는 방식입니다. 이러한 유기 물질은 분말 입자 표면의 작용기와 결합하여 표면에 선택적으로 흡착되어 코팅층의 특성을 분말에 부여합니다.

이 개질 기술은 비용이 저렴하고 단계가 간단하며 제어가 용이하지만, 그 결과는 제한적입니다.

2. 표면 산 및 알칼리 처리

세라믹 성형 공정에는 일반적으로 고형분 함량이 높고 점도가 낮은 세라믹 슬러리가 필요합니다. 분말 표면의 전하 밀도는 슬러리의 유동 특성 및 분산성에 상당한 영향을 미칩니다. 세라믹 분말 표면 세척(산 및 알칼리 처리)은 분말의 표면 전하 특성을 변화시킬 수 있습니다. 이름에서 알 수 있듯이, 이 개질 방법은 질화규소 분말을 다양한 농도의 산 또는 알칼리 용액과 완전히 혼합하고 세척하는 과정을 포함합니다.

동시에, 특정 농도의 알칼리 처리는 세라믹 분말 표면과 반응할 수도 있습니다. 왕용밍(Wang Yongming) 등의 연구에 따르면 알칼리 세척은 탄화규소 분말 표면의 실라놀 함량을 감소시켜 산화도를 낮추고, 입자 간의 정전기적 반발력을 변화시키며, 슬러리의 유변학적 특성을 향상시킬 수 있습니다.

3. 분산제 개질

다양한 종류의 세라믹 분말 간의 차이를 바탕으로, 적절한 분산제를 선택하거나 새로운 분산제를 설계하는 것은 세라믹 슬러리의 고형분 함량을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 첨가되는 분산제의 종류와 양은 세라믹 특성에 미치는 영향을 크게 변화시킬 수 있습니다.

분산제는 일반적으로 친수성과 소수성 구조를 모두 가지고 있으며, 이러한 친수성기와 소수성기 간의 상호작용을 통해 세라믹 슬러리의 분산 특성을 조절합니다. 분산제에는 계면활성제 또는 고분자 전해질이 포함되며, 계면활성제에는 양이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제가 포함됩니다.

고분자 전해질에는 폴리비닐 설폰산, 폴리아크릴산, 폴리비닐 피리딘, 폴리에틸렌이민 등이 있습니다. 분산제는 분말 표면과 화학적 및 물리적 흡착을 포함한 흡착 반응을 거쳐 입자 간 힘(반데르발스 힘 및 정전기적 반발력)과 입체 장애 효과를 유발할 수 있습니다.

4. 표면 소수성 개질

표면 소수성 개질은 세라믹 분말의 히드록실기를 탄화수소기, 장쇄 알킬기, 시클로알킬기와 같은 소수성기로 변환하는 것을 포함합니다. 이러한 유기기는 세라믹 분말 표면에 결합하여 강력한 소수성 효과를 발휘하여 분산 매질 내 분산을 개선하고 응집을 방지합니다.

질화규소 분말 표면에 고분자를 접목하면, 긴 고분자 사슬은 분말 표면에 부착되고, 다른 쪽 끝의 친수성 사슬은 수용액 내로 확장됩니다. 분산 과정 전체에서 분말 입자는 긴 폴리머 사슬에 의해 발생하는 입자 간 반발과 입체 장애를 모두 겪게 되며, 이로 인해 슬러리 분산이 더 좋아집니다.