Как модифицировать поверхность порошка нитрида кремния?

Модификация поверхности порошка нитрида кремния в первую очередь включает обработку поверхности порошка различными физическими и химическими методами для улучшения физических и химических свойств частиц.

Модификация поверхности позволяет снизить взаимное притяжение между частицами порошка, что способствует лучшему диспергированию порошка в среде и улучшает диспергируемость порошковой суспензии. Она также может повысить поверхностную активность порошка нитрида кремния, повышая его совместимость с другими веществами и, таким образом, приводя к появлению новых свойств.

Основной принцип модификации поверхности порошка заключается в том, что взаимодействие порошка с модификатором поверхности улучшает смачиваемость поверхности порошка и улучшает его диспергирование в водных или органических средах.

1. Модификация поверхностного покрытия

Технология модификации поверхностного покрытия использует физическую или химическую адсорбцию для равномерного закрепления материала покрытия на поверхности покрываемого объекта, образуя равномерный и сплошной слой покрытия. Слой покрытия, образующийся в процессе нанесения покрытия, обычно представляет собой монослой.

Модификация покрытий обычно подразделяется на неорганическую и органическую. Нанесение неорганических покрытий, в первую очередь, предполагает нанесение соответствующих оксидов или гидроксидов на поверхность керамических частиц для модификации порошка, но эта модификация влияет только на физические свойства. Нанесение органических покрытий, в свою очередь, предполагает выбор органических веществ в качестве материалов покрытия. Эти органические вещества связываются с группами на поверхности частиц порошка и селективно адсорбируются на поверхности, придавая порошку свойства слоя покрытия.

Эта технология модификации отличается низкой стоимостью, простотой и лёгкостью контроля, но конечные результаты часто ограничены.

2. Обработка поверхности кислотой и щелочью

Для процессов формования керамики обычно требуются керамические шликеры с высоким содержанием твёрдых частиц и низкой вязкостью. Плотность заряда на поверхности порошка существенно влияет на реологические свойства и дисперсность шликера. Промывка поверхности керамического порошка (кислотная и щелочная обработка) может изменить свойства поверхностного заряда порошка. Как следует из названия, этот метод модификации включает тщательное перемешивание и промывку порошка нитрида кремния растворами кислот или щелочей различной концентрации.

В то же время щелочная обработка определенной концентрации также может вступать в реакцию с поверхностью керамических порошков. Исследования Ван Юнмина и соавторов показали, что щелочная промывка может снизить содержание силанолов на поверхности порошка карбида кремния, снижая его степень окисления, изменяя электростатическое отталкивание между частицами и улучшая реологические свойства суспензии.

3. Модификация диспергатора

Учитывая различия между различными типами керамических порошков, выбор подходящего диспергатора или разработка нового играет ключевую роль в увеличении содержания твердой фазы в керамической суспензии. Тип и количество добавляемого диспергатора могут существенно влиять на свойства керамики.

Диспергаторы, как правило, имеют как гидрофильную, так и гидрофобную структуру, и именно посредством взаимодействия между этими гидрофильными и гидрофобными группами они регулируют дисперсионные свойства керамической суспензии. К диспергаторам относятся поверхностно-активные вещества или полимерные электролиты, причем поверхностно-активные вещества бывают катионными и анионными.

Полимерные электролиты включают поливинилсульфоновую кислоту, полиакриловую кислоту, поливинилпиридин и полиэтиленимин. Диспергаторы могут вступать в реакции адсорбции с поверхностью порошка, включая химическую и физическую адсорбцию, используя межчастичные силы (силы Ван-дер-Ваальса и электростатическое отталкивание) и потенциальные стерические эффекты.

4. Модификация гидрофобности поверхности

Модификация гидрофобности поверхности включает преобразование гидроксильных групп керамического порошка в гидрофобные группы, такие как углеводородные, длинноцепочечные алкильные и циклоалкильные. Эти органические группы связываются с поверхностью керамического порошка, оказывая сильный гидрофобный эффект, что обеспечивает лучшее диспергирование в дисперсионной среде и предотвращает агломерацию.

При прививке полимеров на поверхность порошка нитрида кремния длинные полимерные цепи прикрепляются к поверхности порошка, в то время как гидрофильные цепи на других концах выходят в водную среду. На протяжении всего процесса диспергирования частицы порошка испытывают как межчастичное отталкивание, так и стерические препятствия, создаваемые длинными полимерными цепями, что приводит к лучшему диспергированию суспензии.