La modificación de la superficie depolvo de nitruro de siliciose logra principalmente a través de métodos físicos y químicos para mejorar las propiedades físicas y químicas departículas de nitruro de silicio.
La modificación de la superficie del polvo puede reducir la atracción mutua entre las partículas de polvo, mejorar la dispersión del polvo en el medio y mejorar la dispersabilidad de la suspensión de polvo. Al mismo tiempo, también es posible mejorar la actividad superficial del polvo de nitruro de silicio, aumentar la compatibilidad de las partículas de polvo con otras sustancias y generar así nuevas propiedades del polvo.
El principio fundamental demodificación superficial de polvoses la interacción entre polvos y modificadores de superficie para mejorar la humectabilidad de la superficie del polvo y mejorar su dispersión en medios acuosos u orgánicos.
1. Modificación del revestimiento de la superficie.
La tecnología de modificación del recubrimiento de superficies utiliza los principios de adsorción física o adsorción química para unir uniformemente los materiales de recubrimiento al cuerpo recubierto, formando una capa de recubrimiento uniforme y completa en su superficie. La capa de recubrimiento que se forma durante todo el proceso de recubrimiento suele ser una monocapa.
La modificación del recubrimiento generalmente se divide en recubrimiento inorgánico y recubrimiento orgánico. El recubrimiento inorgánico se refiere principalmente a la deposición de óxidos o hidróxidos adecuados sobre la superficie de partículas cerámicas para modificar el polvo, pero sólo en términos de propiedades físicas. Y el recubrimiento orgánico es la selección de algunas sustancias orgánicas como materiales de recubrimiento, que se unen con los grupos funcionales en la superficie de las partículas de polvo y se adsorben selectivamente en la superficie de las partículas cerámicas, haciendo así que el polvo exhiba las propiedades de una capa de recubrimiento.
SAT NANO agrega circonio y óxido de itrio de tierras raras como aditivos de sinterización para recubrir la superficie del nitruro de silicio, lo que da como resultado una mayor densidad y una mejor tenacidad a la fractura del nitruro de silicio modificado.
SAT NANO utiliza el método de reducción térmica con alcohol para recubrir la superficie del polvo de nitruro de silicio con rutenio y caracteriza el polvo mediante espectroscopia infrarroja, microscopía electrónica de barrido y espectroscopia de dispersión de energía.
Esta tecnología de modificación tiene un bajo costo, pasos de método simples y fácil control, pero el efecto después de la modificación suele ser promedio.
2. Modificación del tratamiento ácido-base de superficie.
Los procesos de moldeo cerámico generalmente requieren lechadas cerámicas para lograr un alto contenido de sólidos y baja viscosidad, y la densidad de carga en la superficie del polvo tiene un impacto significativo en la reología y la dispersabilidad de la lechada de polvo. Las propiedades de carga superficial de los polvos cerámicos pueden alterarse mediante tratamientos de lavado (lavado ácido y lavado alcalino). Como sugiere el nombre, este método de modificación implica mezclar y lavar minuciosamente el polvo de nitruro de silicio con una serie de soluciones ácidas o alcalinas concentradas.
SAT NANO elimina eficazmente impurezas como Mg2+ y Ca2+ de la superficie del polvo de nitruro de silicio mediante un tratamiento de lavado ácido, cambiando así la conductividad iónica de la suspensión de polvo y alterando las propiedades de la superficie del polvo.
SAT NANO analizó el XPS del polvo después del tratamiento de lavado con ácido y descubrió que el grado de oxidación superficial del polvo modificado disminuyó, el punto isoeléctrico de la suspensión de polvo aumentó y el contenido máximo de sólidos de la suspensión alcanzó el 55 %. Se preparó una suspensión cerámica capaz de realizar un proceso de fundición.
Al mismo tiempo, una cierta concentración de tratamiento alcalino también puede reaccionar con la superficie del polvo cerámico. Según la investigación de Wang Yongming et al., el tratamiento de lavado alcalino puede reducir el contenido de grupos hidroxilo de silicio en la superficie del polvo de carburo de silicio, reducir su grado de oxidación, cambiar la repulsión electrostática entre partículas y mejorar las propiedades reológicas de la suspensión.
3. Modificación del dispersante
Elegir dispersantes apropiados o diseñar nuevos dispersantes en función de las diferencias entre los diferentes tipos de polvos cerámicos juega un papel clave en la mejora del contenido sólido de las suspensiones cerámicas. Los tipos y cantidades de dispersantes tienen diferencias significativas en sus efectos sobre el cambio de las propiedades de las cerámicas.
Los dispersantes generalmente tienen estructuras tanto hidrófilas como hidrófobas, y es precisamente a través de la interacción entre sus propios grupos de agua hidrófilas e hidrófobas como se ajusta la dispersabilidad de las suspensiones cerámicas. Los tipos de dispersantes incluyen tensioactivos o electrolitos poliméricos, entre los cuales los tensioactivos incluyen tensioactivos catiónicos y tensioactivos aniónicos.
Los electrolitos poliméricos incluyen ácido polietilensulfónico, ácido poliacrílico, polietilenpiridina, polietilenimina, etc. Los dispersantes pueden sufrir reacciones de adsorción con la superficie de los polvos, incluida la adsorción química y la adsorción física, utilizando las fuerzas de interacción entre partículas (fuerzas de van der Waals, repulsión electrostática) y el principio de posibles efectos de impedimento estérico.
En cuanto a la adición de dispersantes, SAT NANO preparó con éxito suspensiones de nitruro de silicio con contenidos de sólidos que oscilaban entre el 51 % y el 55 % utilizando hidróxido de tetrametilamonio (TMAH) e hidróxido de tetraetilamonio (TEAH) como aditivos.
SAT NANO estudió los efectos de modificación de varios dispersantes diferentes en la superficie del polvo de nitruro de silicio. Al medir el potencial Zeta de la suspensión en polvo modificada, se descubrió que agregar poliacrilato de amonio es más propicio para preparar una suspensión en polvo de nitruro de silicio con alto contenido de sólidos.
4. Modificación de la hidrofobicidad de la superficie.
La modificación de la hidrofobicidad de la superficie es el proceso de convertir grupos hidroxilo en polvos cerámicos en grupos hidrofóbicos, como alquilo, alquilo de cadena larga y compuestos orgánicos cíclicos. Estos compuestos orgánicos exhiben un fuerte efecto hidrofóbico cuando se combinan con la superficie de los polvos cerámicos, lo que permite una mejor dispersión en el medio de dispersión y reduce la probabilidad de aglomeración.
Cuando se lleva a cabo un tratamiento de injerto de superficie sobre polvo de nitruro de silicio, las largas cadenas del polímero están en contacto con la superficie del polvo y las cadenas hidrófilas del otro extremo se extienden en el medio acuoso. Durante todo el proceso de dispersión, existen fuerzas repulsivas entre las partículas de polvo y un impedimento estérico generado por las largas cadenas del polímero, lo que resulta en un mejor efecto de dispersión de la suspensión.
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