碳化硅颗粒表面改性及其分散稳定性的研究演示教学
碳化硅晶须——演示文稿
由图9可看出：SiCw分散良好，无明显团聚，SiCw表面有一 层透明的膜，这可能是有机高分子聚合物经强光束照射蒸发造 成的。因此，SiCw表面的膜也证明了有机高聚物已很好地吸 附在SiCw表面上。
碳化硅晶须应用前景
• 目前，国际上对当前SiCw的发展要求是：改善晶须自身 质量，使完整β-SiCw单晶的含量提高，晶须中的缺陷少， 弯晶和复晶的含量低，晶须的直晶率高，直径，长短和长 径比均匀，杂质含量低，同时降低加工成本，开发SiCw 增强，增韧的复合材料，并使得SiCw产量逐年增加，以 适应市场需求。 • 用SiCw增强、增韧的材料、强度、硬度具有很大改善、 可广泛用于航空航天、军事和民用等众多工业领域。其中 SiCw增强聚合物基复合材料可以吸收或透过雷达波，可 作为雷达天线罩、火箭、 导弹、飞机的隐身结构材料， 由于SiCw复合材料的力学性能比单质材料高得多，因此， 美、日、法、英、德等在先进复合材料的研究与开发上投 入了大量资金，并取得了明显的社会效益。 • 表2为SiCw先进复合材料的当前应用与未来展望。
碳化硅晶须合成方法
• 二，固体材料法合成SiCw • 固体材料法可以使用大量不同类型的原料催化剂大规模, 工业化生产SiCw,主要通过气(V)-液(L)-固(S)机理(简称 VLS机理)和气(V)-固(S)-机理(简称VS机理)来实现. • 通过VLS机理合成SiCw,VLS机理是在Fe,Ni,NaF等催化剂 作用下, 高温液相中的硅与碳反应,以过饱和原理析出SiCw, 合成总反应式如下:
碳化硅晶须稳定特性
• SiCw的分散稳定性
• 1，SiCw的表面性质，图1为SiCw的表面电势随pH的变化。 图2为酸处理前后的SiCw的XRD谱。
碳化硅晶须稳定特性
• 2，分散剂对SiCw分散性的影响 • 图3为未经HF酸洗的SiCw在不同pH值下沉降1个月后的情 况。图4为酸洗后的SiCw在不同pH值下沉降1个月后的情 况。
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅（SiC）是一种具有广泛应用前景的材料，具有高熔点、高硬度、高热导率、化学稳定性好等特点。
碳化硅粉体的制备及改性技术主要包括传统的化学法制备、物理法制备以及碳化硅的表面改性技术。
1.传统的化学法制备碳化硅粉体：
传统化学法包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
其中，共沉淀法是最常用的一种制备方法之一、该方法包括混合硅源和碳源，通过调节pH值和温度来控制反应过程，得到碳化硅粉体。
共沉淀法制备碳化硅粉体具有操作简便、成本较低等优点，但粒径分布较宽，控制难度较大。
2.物理法制备碳化硅粉体：
物理法包括等离子熔融法、化学气相沉积法等。
其中，等离子熔融法是一种常用的物理法制备碳化硅粉体的方法。
该方法通过在高温等离子体中熔融和冷凝制备碳化硅粉体。
等离子熔融法制备的碳化硅粉体晶粒度均匀，纯度高，但设备复杂，成本较高。
3.碳化硅的表面改性技术：
为了提高碳化硅粉体的分散性、抗聚集性，常采用表面改性技术。
常用的表面改性方法包括表面改性剂包覆、离子注入、化学气相沉积等。
其中，表面改性剂包覆法是较常用的改性技术，通过将表面改性剂包裹在碳化硅粉体颗粒表面，减少颗粒间的吸附力和静电作用力，改善颗粒的分散性。
化学气相沉积是一种在碳化硅颗粒表面沉积一层功能性薄膜来改性的方法，可以改善粉体的分散性和抗聚集性。
以上是碳化硅粉体的制备及改性技术的一些常见方法。
随着科学技术的不断进步，制备技术和改性技术也在不断完善和发展，未来有望实现更高效、可控性更强的制备和改性碳化硅粉体方法。
碳化硅粉体的制备及改性技术
随着科学技术的发展, 现代国防,空间技术以及汽车工业等领域不仅要求工程材料具备良好的机械性能,而且要求其具有良好的物理性能。
碳化硅(SiC)陶瓷具有高温强度和抗氧化性好、耐磨性能和热稳定性高、热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好等优点，因而常常用于制造燃烧室、高温排气装置、耐温贴片、飞机引擎构件、化学反应容器、热交换器管等严酷条件下的机械构件,是一种应用广泛的先进工程材料。
它不仅在正在开发的高新技术领域(如陶瓷发动机、航天器等)发挥重要作用,在目前的能源、冶金、机械、建材化工等[1]领域也具有广阔的市场和待开发的应用领域。
为此，迫切需要生产不同层次、不同性能的各种碳化硅制品。
碳化硅的强共价键导致其熔点很高，进而使SiC粉体的制备、烧结致密化等变得更加困难。
本文综述了近些年碳化硅粉体的制备及改性、成型和烧结工艺三个方面的研究进展。
[1]蔡新民,武七德,刘伟安.反应烧结碳化硅过程的数学模型[J].武汉理工大学学报, 2002, 24(4): 48-501 碳化硅粉体的制备及改性技术碳化硅粉体的制备技术就其原始原料状态主要可以分为三大类：固相法、液相法和气相法。
1.1 固相法固相法主要有碳热还原法和硅碳直接反应法。
碳热还原法又包括阿奇逊(Acheson)法、竖式炉法和高温转炉法。
SiC粉体制备最初是采用Acheson法[2]，用焦炭在高温下(2400 ℃左右)还原SiO2制备的，但此方法获得的粉末粒径较大(>1mm)，耗费能量大、工艺复杂。
20世纪70年代发展起来的ESK法对古典Acheson法进行了改进，80年代出现了竖式炉、高温转炉等合成β-SiC粉的新设备。
随着微波与固体中的化学物质有效而特殊的聚合作用逐渐被弄清楚，微波加热合成SiC粉体技术也日趋成熟。
最近,L N. Satapathy等[3]优化了微波合成SiC的工艺参数。
他们以Si+2C为起始反应物,采用2.45 GHz的微波在1200-1300 ℃时保温5分钟即可实现完全反应,再通过650 ℃除碳即可获得纯的β-SiC,其平均粒径约0.4 μm。
碳化硅
改性后颗粒间分散较好，尺寸分布均匀，形状多为块 状分布；粉体改性后碳化硅陶瓷制品的烧结性能得到改善
❖ 陈建等发现：SiC粉体能很好地分散在乙醇含量为 30～60vol％的水溶液中。
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分散剂对纳米碳化硅分散的概述
主要介绍四种分散剂对SiC分散效果 指导老师：颜鲁婷 10121940 李 楠
聚乙二醇分散的碳化硅微粉图
主要内容
1
前言
2 分散剂对SiC分散 的研究现状
3 发展前景及技术挑战
前言
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请大家指点！
1.1碳化硅性质与用途
SiC性质
硬度高 抗蠕变性好 耐腐蚀性好 广热泛抗和膨应热氧用胀工化于系设性热数备交能等小换器
热导率高
宽禁带隙 高临界击穿电
压 广高泛饱应和用漂于半移导率体 材料和吸等波材料等
1.2纳米碳化硅的团聚
分子量较大的2号PMAA-NH4对SiC水悬浮液的 分散性较好，最佳分散剂加入量为0.2～0.3wt%， 最佳PH为9～10。采用PMAA-NH4的电镀空间稳 定机制比采用PEG的空间位阻稳定机制可得到更 好的分散效果。这说明即使是同种分散剂也会因 分子量的不同而使分散效果有差异。
❖ 通过空间位阻稳定机制，吸附于颗粒表面，形成 微胞，使颗粒间产生排斥，从而达到分散的目的；
❖ 但它加入的量过多或者过少都会使分散效果变差
注意：PEG必须是较高分子量(>1000)
液体介质也对分散有影响
❖ 当介质为水时，由于水的极性很大，SiC粉体也是极性固体 粉体，易与水润湿和吸附，而使SiC在水中很好分散，但 SiC表面有大量的吸附水、配位水、桥-OH基及非桥-OH基 的作用会使SiC浆料中产生大的团聚体，加入少量的PEG不 足以置换表面吸附的水和羟基，所以粉体的流动性不是很 好。
碳化硅粉体的制备及改性技术
碳化硅粉体的制备及改性技术
一、碳化硅粉体的制备
1.1材料
材料包括硅酸乙烯，硅烷，硫酸钠、硼砂等。
1.2步骤
（1）硅酸乙烯和硅烷（比例为1:1）混合搅拌，搅拌10min后加入硫酸钠（2mol/L ）稀释溶液；
（2）加入硼砂（55g/L）搅拌，搅拌10min；
（3）充分搅拌，将其分为小颗粒，放入容器中搅拌，搅拌20min，加入95℃沸水搅拌，搅拌20min；
（4）取出，放入0.5mol/L的稀盐酸溶液中，过滤和洗涤，将悬浮液调整为pH=7.5-8.0，将悬浮液滴定至pH=4，用热水浴烘焙2h；
（5）将烘焙后的粉末分别加入水和50%的乙醇中进行洗涤，将最终产物粒度控制在40-80，可得到碳化硅粉体；
二、碳化硅粉体的改性技术
2.1材料
除碳化硅粉体外，还需要聚乙烯吡咯烷酮，羟基��乙烯吡咯，多元醇、水等材料。
2.2步骤
（1）将材料A（如碳化硅粉体）、材料B（如聚乙烯吡咯烷酮）、材料C（如羟基苯乙烯吡咯）等混合，混合比例为1:0.4:0.6；
（2）加入多元醇（50mL）和水（100mL）搅拌，搅拌10min；
（3）将混合物置于水浴锅中加热至60℃，保持搅拌；
（4）继续加热至80℃，搅拌10min；。
微纳米粉体表面改性剖析课件
ΔG= G2- G1=γ·（S2- S1） 因为：S2<< S1, ΔG<0，
颗粒间处于非 热力学稳定状
所以：团聚过程自发进行。
态，极易发生 团聚。
微纳米粉体表面改性剖析
14
2）纳米粉体团聚的热力学
➢ 固体的超细化过程实质是小粒子的内部结合力不断被破坏，系 统总能量不断增加的过程。
➢ 热力学角度看，纳米粉体粒子间的作用为范德华力和库仑力， 因而产生纳米粒子的团聚。
24
5）团聚机理方式
⑤表面原子扩散理论 刚反应后的颗粒表面原子具有很大的活性，其
表面键断裂引起的原子能量远高于内部原子的能量 （液相合成的纳米粉体）。
颗粒表面原子易于扩散到相邻颗粒表面并与其 原子键合，形成稳固的化学键，从而形成永久性的 硬团聚。
微纳米粉体表面改性剖析
25
10.3.2 纳米颗粒的分散
如：把边长为1cm的立方体逐渐分割减小的立方体， 总表面积将明显增加。
边长
1 cm 10-5 cm (100 nm) 10-6 cm (10 nm) 10-7 cm (1 nm)
立方体数
1 1015 1018 1021
每面面积
1 cm2 10-8 cm2 10-12 cm2 10-14 cm2
总表面积
微纳米粉体表面改性剖析
3
2）高分子基体中无机粉体改性目的
(1)有机/无机复合材料(塑料、橡胶等） 改善无机填料（包括增量无机填料和功能性无机填料）与
有机（高聚物）基料的相容性，提高其分散性及复合材料的综 合性能
(2)油漆、涂料 提高涂料、油漆中颜料的分散性并改善涂料的光泽、着色
力、遮盖力和耐候性、耐热性、保光性、保色性等
碳化硅用分散剂
碳化硅用分散剂碳化硅（SiC）用分散剂在制备碳化硅浆料和其他相关应用中起着重要作用。
分散剂的主要功能是增加碳化硅颗粒在介质中的分散性，防止颗粒的团聚，从而改善浆料的稳定性和流动性。
目前，改性SiC粉体选用最多的分散剂主要有聚乙醇、聚乙烯亚胺、四甲基氢氧化铵、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等。
其中，四甲基氢氧化铵作为一种常用的分散剂，在碳化硅的浆料制备中表现出良好的效果。
研究发现，当将浆料的pH调至12时，四甲基氢氧化铵可以使碳化硅粗粉和重结晶粉达到稳定，固相含量高达70%。
同时，Zeta电位的绝对值也提高了20mV，浆料分散性能高，从而制备的素坯密度也较高。
此外，分散剂的加入量对浆料的稳定性有显著影响。
例如，当分散剂加入量为碳化硅颗粒重量的0.6wt%时，浆料可以获得最低粘度值且不受浆料体积分数的影响，此时所得素坯的密度也达到最高。
继续增加分散剂的量可能会恶化浆料的流变性。
除了分散剂的选择和加入量，其他因素如球磨和表面处理工艺也可以影响碳化硅浆料的稳定性。
球磨有助于增加浆料的稳定性，而表面处理工艺可以清除粉体表面的杂质离子，改变颗粒的物理特性，从而有效地改善碳化硅浆料的流动性。
此外，超声波处理也被用于提高碳化硅颗粒的分散性。
超声波通过在料液中的能量波震荡将微细颗粒聚团打散，随着超声波分散时间的增长，颗粒分散效果变好。
然而，当颗粒达到充分分散后，继续延长超声波时间对分散效果的影响不大。
综上所述，碳化硅用分散剂的选择和使用对于提高碳化硅浆料的稳定性和流动性至关重要。
在实际应用中，需要根据具体的工艺条件和要求选择合适的分散剂，并优化其加入量和其他相关参数，以获得最佳的浆料性能和制品质量。
无机粉体颗粒表面改性技术在提高燃料的燃烧效率方面的应用
无机粉体颗粒表面改性技术在提高燃料的燃烧效率方面的应用1研究背景无机粉体一般为微米或纳米级颗粒,由于其粒径小、比表面积大、表面能高,容易发生团聚,难以在复合材料中均匀分散,影响添加效果。
无机粉体的表面性质和聚合物有机体系相差甚远,这也使得无机粉体不能很好的分散到材料中。
因此,当无机粉体添加到高聚物复合材料时,首先要对无机粉体进行表面改性,使其粒子表面有机化,改善其亲油性和与基体的相容性,增强界面结合能力,从而发挥无机粉体的功能[1]。
2无机粉体颗粒表面改性的方法表面改性是用物理、化学或机械的方法对粉体表面进行处理,根据应用需要有目的的改变粉体表面的物理化学性质,使其表面性质发生变化,以满足材料、工艺或技术发展的需要。
2.1 物理涂覆改性物理涂覆改性即表面包覆改性,当无机粉体和改性剂按照一定比例混合时,由于搅拌的作用,改性剂通过静电引力或范德华力吸附在粉体表面,从而形成单层或多层包覆。
与化学包覆改性不同的是,改性后改性剂与粒子表面无化学反应。
由于包覆层的存在,粒子间产生了空间位阻斥力,对其再团聚起到了减弱或屏蔽的作用。
该法几乎适用于所有无机粉体的表面改性。
用于物理涂覆改性的改性剂主要有表面活性剂、超分散剂等[2]。
无机粉体经过物理涂覆后,其分散性、与有机体的相容性均显著提高[3]。
2.2 化学包覆改性化学包覆改性是指通过一定的技术手段,利用改性剂分子中的官能团和粉体表面进行化学反应或化学吸附,从而包裹在无机粉体的表面。
化学包覆方法是最常用的改性方法,一般采用湿法工艺。
具体方法有多种。
如溶胶-凝胶法,此法不仅可以用于超细粉体的包覆,还可以用于制备超细粉体;非均相凝聚法是先加入分散剂将两种物质分散,通过调节pH值或加入表面活性剂等使包覆颗粒和被包覆颗粒所带的电荷相反,然后通过静电引力形成单层包覆;表面接枝聚合包覆法是通过化学反应将高分子材料连接到无机粒子表面上,该法的特点是最终接枝包覆在改性主体的聚合物改性剂是在改性过程中同时合成的。
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碳化硅颗粒表面改性及其分散稳定性的研
究
碳化硅颗粒表面改性及其分散稳定性的研究
欧阳唐哲
【摘要】：再结晶碳化硅(RSiC)具有高温强度高、抗氧化性能强，以及特殊的电学和热学性能等，因而作为一种有广泛应用前景的结构与功能材料，受到了许多科研工作者的关注。
但由于RSiC的烧成机理为蒸发-凝聚原理，在烧成过程中并不产生收缩，所以RSiC是一种多孔材料，其孔隙率取决于它的生坯密度，且对材料的高温强度、抗氧化性、导热、导电等性能有重要影响。
要提高RSiC的生坯密度，关键是对SiC粉体进行表面改性，降低生坯的含水量，提高生坯密度。
本文较系统地研究了三种阳离子型表面活性剂(聚乙烯亚胺、溴化十六烷基吡啶、聚乙烯吡咯烷酮)对SiC粉体进行表面改性的效果。
用zeta电位仪和Washburn法研究了表面活性剂吸附在SiC粉体表面后，粉体的表面zeta电位及其与水接触角的变化；用UV-Vis，FTIR研究了表面活性剂在SiC粉体表面的吸附状态与吸附机理；用旋转粘度计表征了表面活性剂的加入对SiC浆料流变性的影响，并考察了对生坯密度的影响。
得出以下结论： 1阳离子表面活性剂在SiC粉体表面的吸附主要是通过静电和氢键等作用吸附在SiC粉体表面。
2表面活性剂吸附在SiC粉体表面后，SiC粉体的表面zeta电位有了显著的提高，其与水的接触角降低，这说明改性后SiC粉体的亲水性提高。
3阳离子型表面活性剂的加入改变了SiC浆料的“梭型”触变环。
减小了环面积，这说明SiC 浆料的触变性变小，同时破坏SiC浆料触变结构所需要的能量也减少。
同时表明表面活性剂的加入可以提高碳化硅生坯密度，降浆料含水量。
【关键词】：碳化硅流变性表面改性zeta电位
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB306
【目录】：
•摘要5-6
•Abstract6-9
•插图索引9-11
•附表索引11-12
•第1章绪论12-24
• 1.1 前言12-13
• 1.2 SiC陶瓷的制备方法13-16
• 1.2.1 常压烧结14
• 1.2.2 反应烧结14-15
• 1.2.3 热压烧结15
• 1.2.4 再结晶法15-16
• 1.3 碳化硅粉体的表面性质16-18 • 1.4 SiC 粉体的表面改性18-23
• 1.4.1 SiC 颗粒表面的物理改性19 • 1.4.2 SiC 颗粒表面的化学改性19-23 • 1.5 选题意义和研究内容23-24
• 1.5.1 选题意义23
• 1.5.2 主要研究内容23-24
•第2章实验研究与表征方法24-29
• 2.1 实验原料24-25
• 2.2 仪器和设备25
• 2.3 实验过程25
• 2.3.1 SiC 原料的预处理25
• 2.3.2 表面活性剂在 SiC 颗粒表面的吸附25
• 2.4 检测方法25-29
• 2.4.1 改性前后SiC粉体的紫外光谱分析25-26
• 2.4.2 改性前后的SiC 粉体的红外光谱分析26-27
• 2.4.3 改性前后SiC粉体的zeta电位分析27
• 2.4.4 改性前后SiC粉体的接触角测试27
• 2.4.5 改性前后SiC粉体的流变性测试27-28
• 2.4.6 改性前后SiC生坯的含水量与密度测试28-29
•第3章表面活性剂在SiC表面的吸附行为研究29-40
• 3.1 前言29
• 3.2 实验结果与分析29-39
• 3.2.1 聚乙烯亚胺在SiC颗粒表面的吸附行为29-33
• 3.2.2 溴化十六烷基吡啶在SiC颗粒表面的吸附行为33-36 • 3.2.3 聚乙烯吡咯烷酮在SiC颗粒表面的吸附行为36-39 • 3.3 本章小结39-40
•第4章表面活性剂的吸附对SiC颗粒表面性质的影响40-47 • 4.1 前言40
• 4.2 实验结果与分析40-46
• 4.2.1 聚乙烯亚胺的加入对SiC颗粒表面性质的影响40-42
• 4.2.2 溴化十六烷基吡啶的加入对SiC颗粒表面性质的影响42-44 • 4.2.3 聚乙烯吡咯烷酮的加入对SiC颗粒表面性质的影响44-46 • 4.3 本章小结46-47
•第5章表面活性剂改性对SiC浆料及生坯特性的影响47-56
• 5.1 前言47
• 5.2 实验结果与分析47-55
• 5.2.1 聚乙烯亚胺的加入对SiC浆料及生坯特性的影响47-50
• 5.2.2 溴化十六烷基吡啶的加入对SiC浆料及生坯特性的影响50-53 • 5.2.3 聚乙烯吡咯烷酮的加入对SiC浆料及生坯特性的影响53-55 • 5.3 本章小结55-56
•结论56-57
•参考文献57-62
•致谢62-63
•附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文63。