Làm thế nào để sửa đổi bề mặt bột silicon nitride?
Biến tính bề mặt bột silicon nitride chủ yếu bao gồm việc xử lý bề mặt bột thông qua các phương pháp vật lý và hóa học khác nhau để cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của các hạt.
Biến tính bề mặt có thể làm giảm lực hút lẫn nhau giữa các hạt bột, cho phép bột phân tán tốt hơn trong môi trường và cải thiện khả năng phân tán của hỗn hợp bột. Nó cũng có thể tăng cường hoạt động bề mặt của bột silicon nitride, tăng khả năng tương thích của nó với các chất khác và do đó phát triển các tính chất mới.
Nguyên lý chính của biến tính bề mặt bột là sự tương tác giữa bột và chất biến tính bề mặt làm tăng khả năng thấm ướt của bề mặt bột và cải thiện khả năng phân tán của nó trong môi trường nước hoặc hữu cơ.
1. Biến tính lớp phủ bề mặt
Công nghệ biến tính lớp phủ bề mặt sử dụng hấp phụ vật lý hoặc hóa học để bám dính đồng đều vật liệu phủ lên bề mặt của vật thể được phủ, tạo thành một lớp phủ đồng nhất và hoàn chỉnh. Lớp phủ được hình thành trong quá trình phủ thường là một lớp đơn.
Biến tính lớp phủ thường được phân loại thành vô cơ và hữu cơ. Lớp phủ vô cơ chủ yếu bao gồm việc lắng đọng các oxit hoặc hydroxit thích hợp trên bề mặt các hạt gốm để biến đổi bột, nhưng sự biến đổi này chỉ ảnh hưởng đến các tính chất vật lý. Mặt khác, lớp phủ hữu cơ liên quan đến việc lựa chọn các chất hữu cơ làm vật liệu phủ. Các chất hữu cơ này liên kết với các nhóm trên bề mặt của các hạt bột và hấp phụ chọn lọc lên bề mặt, truyền các tính chất của lớp phủ cho bột.
Công nghệ biến đổi này có chi phí thấp, các bước đơn giản và dễ kiểm soát, nhưng kết quả thu được thường bị hạn chế.
2. Xử lý bề mặt bằng axit và kiềm
Các quy trình đúc gốm thường yêu cầu bùn gốm có hàm lượng chất rắn cao và độ nhớt thấp. Mật độ điện tích trên bề mặt bột ảnh hưởng đáng kể đến tính lưu biến và độ phân tán của bùn. Việc rửa bề mặt bột gốm (xử lý bằng axit và kiềm) có thể làm thay đổi các tính chất điện tích bề mặt của bột. Đúng như tên gọi, phương pháp biến đổi này bao gồm việc trộn và rửa kỹ bột silicon nitride bằng các dung dịch axit hoặc kiềm có nồng độ khác nhau.
Đồng thời, xử lý kiềm ở một nồng độ nhất định cũng có thể phản ứng với bề mặt của bột gốm. Nghiên cứu của Wang Yongming và cộng sự đã chỉ ra rằng rửa kiềm có thể làm giảm hàm lượng silanol trên bề mặt bột silicon carbide, giảm mức độ oxy hóa, thay đổi lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt và cải thiện các đặc tính lưu biến của hỗn hợp.
3. Biến tính chất phân tán
Dựa trên sự khác biệt giữa các loại bột gốm khác nhau, việc lựa chọn chất phân tán phù hợp hoặc thiết kế một chất phân tán mới đóng vai trò quan trọng trong việc tăng hàm lượng chất rắn trong hỗn hợp gốm. Loại và lượng chất phân tán được thêm vào có thể thay đổi đáng kể tác động lên các đặc tính của gốm.
Các chất phân tán thường có cả cấu trúc ưa nước và kỵ nước, và chính thông qua sự tương tác giữa các nhóm ưa nước và kỵ nước này mà chúng điều chỉnh các đặc tính phân tán của hỗn hợp gốm. Các chất phân tán bao gồm chất hoạt động bề mặt hoặc chất điện phân polyme, trong đó các chất hoạt động bề mặt bao gồm chất hoạt động bề mặt cation và anion.
Các chất điện phân polyme bao gồm axit polyvinyl sulfonic, axit polyacrylic, polyvinyl pyridine và polyethyleneimine. Chất phân tán có thể trải qua các phản ứng hấp phụ với bề mặt bột, bao gồm hấp phụ hóa học và vật lý, tận dụng lực liên kết giữa các hạt (lực van der Waals và lực đẩy tĩnh điện) và tiềm năng tạo ra các hiệu ứng lập thể.
4. Biến đổi tính kỵ nước bề mặt
Biến đổi tính kỵ nước bề mặt liên quan đến việc chuyển đổi các nhóm hydroxyl trong bột gốm thành các nhóm kỵ nước, chẳng hạn như các nhóm hydrocarbon, nhóm alkyl mạch dài và nhóm cycloalkyl. Các nhóm hữu cơ này liên kết với bề mặt bột gốm, tạo ra hiệu ứng kỵ nước mạnh, cho phép phân tán tốt hơn trong môi trường phân tán và ngăn ngừa sự kết tụ.
Khi các polyme được ghép lên bề mặt bột silicon nitride, các chuỗi polyme dài bám vào bề mặt bột, trong khi các chuỗi ưa nước ở hai đầu còn lại mở rộng vào môi trường nước. Trong suốt quá trình phân tán, các hạt bột chịu cả lực đẩy liên kết giữa các hạt và lực cản lập thể do các chuỗi polyme dài tạo ra, dẫn đến sự phân tán bùn tốt hơn.