碳化硅（SiC）作為一種很有發(fā)展前景的非金屬材料，具有許多的優(yōu)異性能，如硬度高、強(qiáng)度高、抗氧化、耐高溫、耐磨蝕等等，在耐火材料、工程陶瓷、結(jié)構(gòu)材料等方面有廣泛的應(yīng)用。
由于納米級碳化硅粉體在超細(xì)粉碎的過程中，會受到不停地摩擦、沖擊作用，一方面導(dǎo)致微粉的表面積累了大量的正負(fù)電荷，而這些帶電粒子極其地不穩(wěn)定，為了趨于穩(wěn)定，它們會相互吸引進(jìn)而團(tuán)聚在一起。另一方面，會使微粉從中吸收了大量的機(jī)械能和熱能，因而使微粉表面具有相當(dāng)高的表面能，這些微粉為了趨于穩(wěn)定狀態(tài)，降低其表面能，就會不斷地相互靠攏聚集而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生團(tuán)聚。納米碳化硅粉體的分散、團(tuán)聚特性正是與上述的表面狀態(tài)和其自身的表面性質(zhì)密切相關(guān)的。
要想獲得高固相含量、低黏度的碳化硅漿料就必須要對粉體表面進(jìn)行處理或者改性，這樣不但可以減少或消除顆粒間的團(tuán)聚現(xiàn)象、提高粉體的分散性能，還可制備出高固相含量、低黏度的漿料?？梢哉f表面改性是一種獲得高固相含量、低黏度陶瓷料漿的有效途徑。
對碳化硅粉體進(jìn)行表面改性，可以改善超細(xì)粉體顆粒在液相中的分散性、穩(wěn)定性與高聚物相容性等性能，提高其表面活性，使其能夠符合不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求。
近年來，隨著科研工作者對納米粉體改性的深入研究，表面改性呈現(xiàn)多樣化，概括地說來主要分為兩類：物理改性和化學(xué)改性。
1、碳化硅粉體物理改性
物理改性是指改性劑與粉體顆粒以物理化學(xué)的作用相結(jié)合，以改變原始粉體表面的物理化學(xué)性質(zhì)，如表面成分、結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)、潤濕性和反應(yīng)特性等。常見的物理改性有：表面吸附改性、無機(jī)包覆改性、電磁波輻照改性和等離子體改性。
（1）表面吸附改性
利用物理或化學(xué)吸附原理使包覆材料均勻吸附在被包覆對象的表面，形成連續(xù)完整的包覆層即為表面吸附包覆。表面吸附改性雖然方法便于操作，但效果有限。侯萬國等用己二酸、硬脂酸的羥基與Y-YZP粉體顆粒表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，使粉體能夠很好地懸浮在非極性液體中，降低粉體的團(tuán)聚度，提高漿料的流動性。
?。?）無機(jī)包覆改性
無機(jī)包覆改性是指用無機(jī)氧化物或氫氧化物包覆在粉體顆粒表面，無機(jī)物僅依靠物理方法或范德華作用力與納米粒子表面結(jié)合。對陶瓷粉體進(jìn)行無機(jī)包覆改性的應(yīng)用事例較多，也已近成熟，如在TiO2表面包覆Al2O3，在Al2O3顆粒表面涂覆Ni、Pd等的氧化物來改善其與金屬Al基體的潤濕性等。
?。?）電磁波輻照改性
電磁波輻照改性是通過借助高能電磁波（如紅外光、紫外光、X射線等）的巨大的能量對碳化硅顆粒進(jìn)行照射處理來改變其顆粒表面的成分、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)，從而影響SiC漿料的流變特性等。Vlasova M等在空氣中，用高能量的紅外激光對SiC顆粒的表面進(jìn)行輻射處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在SiC顆粒表面形成了一層無定型的硅醇結(jié)構(gòu)，這使SiC顆粒的表面性質(zhì)發(fā)了明顯變化，從而導(dǎo)致其接觸角變小，親水性增大。
?。?）等離子體改性
等離子體改性的方法是通過對氫氣放電，使氫氣分離成氫離子和電子，得到的具有導(dǎo)電性的氫氣即等離子體。由于電子質(zhì)量小，它可以獲得比自由基更高的能量，從而與SiC表面的氧原子發(fā)生反應(yīng)。運(yùn)用等離子體法來對SiC顆粒的表面進(jìn)行處理，是為了減少顆粒表面的雜質(zhì)，使顆粒表面變得更純凈。陳素華等在2000℃時運(yùn)用電子回旋共振氫等離子體對SiC表面進(jìn)行了等離子體處理，并對處理前后的SiC樣品表面進(jìn)行反射高能電子衍射（RHEED）分析和X射線光電子能譜（XPS）分析。通過RHEED分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過氫等離子體處理的SiC表面平整度升高。通過XPS分析發(fā)現(xiàn)SiC表面氧的含量顯著減少，SiC顆粒表面的無定型SiO2被除去，SiC顆粒的親水性明顯減弱。
2、碳化硅粉體化學(xué)改性方法
化學(xué)改性是指利用有機(jī)物分子中的官能團(tuán)與無機(jī)顆粒表面發(fā)生化學(xué)吸附或通過與顆粒表面發(fā)生化學(xué)鍵合反應(yīng)對顆粒表面進(jìn)行包覆，使顆粒表面有機(jī)化。根據(jù)改性的手段和效果可以將化學(xué)改性方法分為：表面酸洗提純、表面吸附、表面包覆等。
（1）表面酸洗提純
該方法是利用酸堿或多種酸或堿清洗SiC顆粒，通過除去粉體表面的無定型SiO2和雜質(zhì)離（Ca2+、Mn2+、Fe3+等）來提高SiC粉體在漿料中的表面Zeta電位，從而使SiC顆粒之間的靜電斥力增大，改善其懸浮液的流變特性，提高漿料的固相含量。寧叔帆等的研究發(fā)現(xiàn)，SiC顆粒表面的SiO2和金屬氧化物可以利用HF酸洗除去，SiC顆粒表面的Zeta電位增大。同時，酸洗還破壞了SiC顆粒表面的硅醇，并以F-取代OH-的位置，從而使SiC表面的親水性降低。SiC的Zeta電位提高后，漿料的穩(wěn)定性也得到提高。而且SiC表面疏水化后，顆粒表面的結(jié)合水會被釋放出來，成為自由水，從而導(dǎo)致SiC漿料的黏度與固相含量都得到了改善。
?。?）表面吸附
表面化學(xué)吸附是指在SiC粉體漿料中加入表面活性劑，通過表面活性劑與粉體顆粒表面的原子之間形成氫鍵、配位鍵或者利用范德華作用力、正負(fù)電荷作用使其吸附在SiC粉體表面，使SiC顆粒表現(xiàn)出表面活性劑的性質(zhì)，從而改善SiC顆粒的某些表面特性。常見的表面活性劑通常為陽離子表面活性劑和非離子型表面活性劑。
J.Zhang等運(yùn)用檸檬酸與聚乙烯亞胺（PEI）對SiC進(jìn)行改性，并對改性后SiC表面的Zeta電位和SiC漿料流變性的變化進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果表明檸檬酸不僅對PEI在SiC表面的吸附起到了重要的促進(jìn)作用，而且兩者共存時還使SiC漿料的粘度所降低，穩(wěn)定性和固相含量進(jìn)一步提高。
?。?）表面包覆
化學(xué)包覆改性方法一般是把無機(jī)物通過溶膠-凝膠法包覆或沉積在SiC顆粒表面，或利用有機(jī)物分子中的可聚合官能團(tuán)與SiC顆粒表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，有機(jī)單體直接聚合在SiC顆粒表面從而對SiC顆粒進(jìn)行包覆，使SiC顆粒表面顯現(xiàn)出親水無機(jī)物或有機(jī)物的性質(zhì)而達(dá)到表面改性目的的一種方法。常見的化學(xué)包覆方法還有使用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行包覆。硅烷偶聯(lián)劑是具有兩性結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)，其分子中的Si-O-C基團(tuán)在水中水解后可與SiC粉體表面的[SiOH]反應(yīng)，形成強(qiáng)有力Si-O-Si化學(xué)鍵；而有機(jī)基團(tuán)則可進(jìn)入水相中，使SiC顆粒顯現(xiàn)出有機(jī)基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)。鐵生年等用硅烷偶聯(lián)劑KH-550對SiC表面進(jìn)行了改性。結(jié)果顯示：用KH-550處理后的SiC顆粒的表面Zeta電位提高了40mV，SiC漿料中團(tuán)聚現(xiàn)象減少，漿料粘度大幅度降低。
資料來源：《王瑞雨. SiC粉體表面改性工藝研究[D].煙臺大學(xué)》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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