粉体表面改性处理介绍
表面改性
层材料的光,电,热,化学性能等来表征表面改性的效果。
纳米二氧化硅的表面改性
由于纳米二氧化硅的粒径小、比表面大、比表面能高 ，表面带有羟基，呈亲水性，所以能否发挥其在复合材料 中的作用关键在于它的分散和与聚合物的复合。当二氧化 硅表面未经改性，与聚合物共混、共聚或接枝时，纳米二 氧化硅容易团聚，与聚合物产生相分离或发生相反转。所 以，对其进行改性是解决纳米二氧化硅团聚，制备无机有 机纳米复合材料的重要步骤。 二氧化硅的表面未经改性，体系的粘度较大，经表面 改性后，即使二氧化硅的含量高达35%（质量分数）时， 体系的粘度仍适中。 加入改性二氧化硅的复合材料的存 储模量大约是未加改性剂的2倍，丙烯酸酯的粘弹性及耐 磨性随二氧化硅含量的增加而提高。但如果纳米二氧化硅 加入过量，也会导致体系粘度增加。一般在30%~35%.
应用：
广泛应用于机械工业、国防工业航空航天领域,通过表 面改性可以使材料性能提高,产品质量提高,降低企业成 本.在提高零部件的使用寿命和可靠性,提高产品质量,以 及节约材料,节约能源等方面都有着十分重要的意义。
工艺：
表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方 法而异。目前工业上应用的表面改性工艺主要有干法工 艺、湿法工艺、复合工艺三大类。
表面改性方法
到填料表面改性的工艺。 反应，对粉体颗粒表面进行包覆，使颗粒表面改性的方 法。
面形成一层和多层包覆膜，以改善粉体表面性质。
物理涂覆：利用高聚物或树脂等对材料表面进行处理以 达
化学包覆：利用有机物分子中的官能团与填料表面发生化学
沉淀反应：通过无机化合物在颗粒表面沉淀反应，在颗粒表
插层改性：利用层状结构的粉体颗粒晶体层之间结合力较弱
反应,并且烷氧基硅烷价格较高,在乳液聚合中易形成凝胶
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(Acheso n)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 C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3-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 C时保温5分钟即可实现完全反应，再通过650 C除碳即可获得纯的^SiC,其平均粒径约0.4 ym。
《粉体表面改性》--3表面改性剂
表面活性剂
• （2）高级胺盐 • 阳 离 子 表 面 活 性 剂 , 其 分 子 通 式 为 RNH2( 伯 胺 ) 、 R2NH(仲胺)R3H(叔胺)等.其中,至少有1～2个为长链 烃基(C12 ～C22)。与高级脂肪酸一样,高级胺盐的烷 烃基与聚合物的分子结构相近,因此与高聚物基料 有一定相容性,分子另一端的氨基与无机粉体表面 发生吸附作用。 • 在对膨润土或蒙脱石型粘土进行有机覆盖（或插 层）处理以制备有机土时,一般采用季铵盐，即甲 基苯基或二甲基二烃基胺盐
偶联剂
• 硅烷偶联剂的应用： • 适用于中性和酸性无机粉体的表面处理 • Ⅰ品种选择 • 在用硅烷偶联剂改性矿物粉体时，品种选择 至关重要。 • 选择考虑因素： • ①应用体系的性质或树脂种类； • ②填充材料（或复合体系）的技术指标要求
偶联剂
• Ⅱ用法： • 一般水解后使用。水解pH范围为酸性或中性 (pH3.5~6.0)。 • Ⅲ用量： • 一般为粉体质量的0.2～2.0%；如已知粉体的比表面 积和偶联剂最小包覆面积可按下式估算：
偶剂
• （3）铝酸酯偶联剂 • 化学通式： • Dn • ↓ • (RO)x—Al----(OCOR’)m
• 式中， Dn代表配位基团，如N、O等
偶联剂
• 用途： • 各种无机填料、颜料及阻燃剂,如重质碳酸 钙、碳酸镁、磷酸钙、硫酸钡、硫酸钙、滑 石粉、钛白粉、氧化锌、氧化铝、氧化镁、 铁红、铬黄、碳黑、白炭黑、立德粉、云母 粉、高岭土、炼铝红泥、叶腊石粉、硅灰石 粉、粉煤灰、玻璃粉、玻纤、氢氧化镁、氢 氧化铝、三氧化二锑、聚磷酸铵、偏硼酸锌 等的表面改性
偶联剂
• 配位型 • （i—C3H7O)4Ti•[P—(OC8H17)2OH]2
• 配位型偶联剂是以2个以上的亚磷酸酯为配体,将磷 原子上的孤对电子移到钛酸酯中的钛原子上,形成2 个配价健, 钛原子由4价键转变为6价键,降低了钛酸 酯的反应活性,提高了耐水性。配位型钛酸酯偶联剂 多数不不溶解于水,可以直接高速研磨使之乳化分散 在水中,也可以加表面活性剂或亲水性助溶剂使它分 散在水中,对填、颜料进行表面处理
金刚石微粉表面改性
单烷氧基钛酸酯的偶联机理
图2-2 单烷氧基钛酸酯的偶联机理
试验
1. 取50ml白油放入100ml烧杯中，滴入 3滴钛酸酯偶联剂，称0.06g金刚石倒入烧 杯。搅拌20min；制得样品1。 • 2. 取50ml白油放入100ml烧杯中，滴入 3滴钛酸酯偶联剂，称0.06g金刚石倒入烧 杯。搅拌20min，再放入超声波清洗器超声 分散1min。制得样品2。 • 3. 取50ml白油放入100ml烧杯中，滴入3滴 钛酸酯偶联剂，称0.06g金刚石倒入烧杯。 搅拌20min，超声分散3min。制得样品3。 •
偶联剂偶联机理
偶联剂是具有两性结构的化学物质。 • 其分子中的一部分基团可与粉体表面的各 种官能团反应，形成强有力的化学键合， 另一部分基团可与有机高聚物基料发生化 学反应或物理缠绕，从而使两种性质差异 很大的材料牢固的结合起来，使无机粉体 和有机高聚物分子之间建立起具有特殊功 能的“分子桥”。 • 本实验用的偶联剂是单烷氧基型
从左到右依次为样品7,6,5,4的 上清液
以白油做参比样品7全谱扫描
533nm出现最高吸收峰
可以看出在波长为533nm处出现较强的吸收峰，所 以选533nm波长为测试波长
533nm波长下七份样品的吸光度
吸光度
显微镜观察
0分钟超声分散
显微镜观察
1分钟超声分散
显微镜观察
3分钟超声分散
显微镜超声分散
显微镜观察
15分钟超声分散
显微镜观察
超声分散20分钟
结论
由上图可以看出，超声波分散3分钟时，金刚 石微粉的颗粒分布密度最大，粒度最小， 即此时金刚石微粉在白油中的分散性最好。 金刚石微粉在白油中的分散性并不是随超 声分散时间增加而分散稳定性增加，相反， 当超过某一分散时间后，会随超声分散时 间的增加而平均粒径变大，分散稳定性降 低。
钛酸酯对电气石粉体的表面改性及表征
电气石 （ Ｔ ｏ ｕ ｒ ｍ ａ ｌ ｉ ｎ ｅ ） 是一 种 含硼 、 铝、 钠、 铁、 锂
应 用领 域具 有重 要 意义 Ｌ ｌ 一 引。
环状结构的硅酸盐矿物¨ ｊ ， 化学式可简写为 Ｎ ａ Ｒ Ａ ｌ ６ ［ Ｓ ｉ Ｏ ８ ］ （ Ｂ Ｏ ， ） （ Ｏ Ｈ） 。因其具 有压 电性 和热 电性的特点而受到广泛 的关注 ， 在 温度或压力发生 变化的条件下 ， 电气石 晶体能产生电势差 ， 使周围的 空气 发生 电离 ， 使 附着 于 邻 近 的水 和 氧 分 子转 化 为 负氧 离子 ］ ， 产 生 的负氧 离 子 在 空气 中移 动 ， 使 负 电荷 向灰尘、 烟雾微粒 以及水滴转移 ， 使空气得以净 化， 所以， 电气 石 是一 种 优 良的功 能 环 境 材 料 ， 用 于 室内涂料和家具 、 电器等的涂层材料等 ， 产生的负离 子能 净化 室 内空 气 ； 此外 ， 随着 温 度 的变 化 ， 矿 物 结 晶体两端产生 电压 ， 其 极性 离子在平衡位置振动引 起偶极距变化而产生远红外 电磁辐射 Ｊ ， 可使人 体产生热效应和共振吸收效应 ， 对人体具有保健作 用， 所以电气石被誉为 ２ １ 世纪改善环境 、 促进人体 健 康 的全新 材 料 ‘ ７ － ８ ］ 。
第 １ 期 ２ ０ １ ３年 ２月
矿 产 综 合 利 用
Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｕ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ Ｕｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｒｅ ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ｓ
Ｎｏ． １ Ｆｅ ｂ． ２０１ ３
钛 酸 酯 对 电气 石 粉 体 的表 面改 性 及 表 征
学纯 ； 液体石蜡 （ 北京化工厂 ） ， 化学纯 ； 乙醇、 丙酮、
硅烷偶联剂对碳化硅粉体的表面改性
硅酸盐学报· 409 ·2011年硅烷偶联剂对碳化硅粉体的表面改性铁生年，李星(青海大学非金属材料研究所，西宁 810016)摘要：采用KH-550硅烷偶联剂对SiC粉体表面进行改性，得到了改性最佳工艺参数，分析了表面改性对SiC浆料分散稳定性的影响。
结果表明：SiC微粉经硅烷偶联剂处理后没有改变原始SiC微粉的物相结构，只改变了其在水中的胶体性质；减少了微粉团聚现象。
与原始SiC微粉相比，改性SiC微粉表面特性发生了明显变化，Zeta电位绝对值提高，浆料的分散稳定性得到了明显改善。
关键词：碳化硅；表面改性；硅烷偶联剂；分散性中图分类号：TQ174 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)03–0409–05Surface Modification of SiC Powder with Silane Coupling AgentTIE Shengnian，LI Xing(Non-Metallic Materials Institute of Qinghai University, Xining 810016, China)Abstract: The surface characteristics of SiC powder were modified by a KH-550 silane coupling agent. The process parameters of the modification were optimized, and the effect of surface modification on the dispersion stability of SiC slurry was analyzed. The results show that the SiC powder modified by silane coupling agent can not change the original phase structure of SiC micro-powders but reduce the aggregation of SiC particles in the powders. Compared to the original SiC powder, the surface characteristics of the modi-fied SiC powder change significantly. Zeta potential of SiC increases, and the dispersion stability of SiC slurry is improved.Key words: silicon carbide; surface modification; silane coupling agent; dispersibility在半导体制造和煤气化工程领域，许多工程都在使用SiC陶瓷[1–2]。
纳米陶瓷粉体的表面改性与应用
（。ｉ） ＮＳ 。。当它们暴 露于空 气 中时 ， 结构具有很 高 的反应 该
活性 ， 能与空 气 中的水 和氧发 生缓 慢 的反 应 ． 而在粉 体 的
力学性 能的一类材料体 系 Ｅ。 Ｉ 其介于 团簇 与体相之 间的特 颗 粒表 面生成 一系 列 的表 面活 性基 团 。对 纳米 氮化 硅粉 ３ Ｐ Ｔ Ｒ分 析表 明 ， 粒表 面 的吸 附杂质 主要 是 颗 殊状态 ． 有宏 观体 相 的元胞 和键 合 结构 Ｅ． 予 了纳 米 体 的 Ｘ Ｓ和 Ｆ Ｉ 具 ２赋 Ｊ 微 粒许 多 优异 的性 能 ， 小尺 寸 效应 、 面 与界 面效 应 、 如 表 体积效应 、 宏观 量子隧道效应 等 。
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度脉 冲法 对 ｓ ３ 陶瓷 的纳米 粉体 进行表 面修 饰 ， ｉ Ｎ 发现其 的导热 性 ．当表 面经修饰 处理 的纳 米 陶瓷粉体 在橡 胶基 力学性能尤其 是抗磨性 能得到很 大的提高 。 氮化硅 ＿ ｇ 既可作发 动机 零部件 和刀具 材料 ， 可做 抗 又 不易形变 。由于纳米 粉末具有 巨大 的比表面积 ， 使作为粉 末性能 驱 动力 的表 面能 剧增 ， 扩散 速 率增 大 ， 径变 短 ， 路
０ 及 Ｃ ２Ｈ０ ２ ０ 、２ 。
纳米 Ｓ３ 的改性 方法 有化 学方 法和 物理 方法 两种 ， ｉ Ｎ
表面 活 性剂 法 、 分子 法 等 。 大 Ｓ 、１ 、 ｉ 、 ｉ 、Ｎ等 陶 瓷纳 米 粉 体是 一 类 高性 其 中化学 方 法有 偶联 剂 法 、 ｉ Ａ ＮＴＮＳＣＢ ５ 用 能 的纳 米材料 ， 除了具备 纳米 级材料 所特 有 的效应 ． 还保 王 君 等人 ＿ 硅烷 偶联 剂缩 水 甘油 醚 氧丙基 三 甲氧基 硅
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第三章、粉体表面
粉体表面吸附：当气相或液相中的分子（或 原子、离子）碰撞在粉体表面时，由于它们 之间的相互作用，使一些分子（或原子、离 子）停留在粉体表面，造成这些分子（或原 子、离子）在粉体表面上的浓度比在气相或 液相中的浓度大的现象。
物料 碳酸钙 石墨 磷灰石 玻璃 云母
表面能 65~70 100 190 1200 2400~25 00
高能表面（100~1000mJ/m2)，金属及氧化物、玻璃、 硅酸盐等；
低能表面（小于100mJ/m2 ），石蜡和各种塑料等。
3.4粉体与水的相互作用
3.4.1粉体表面离子的水合作用
颗粒排开周围水分子； 水分子与颗粒表面的晶格阳离子、阴离子发生
பைடு நூலகம் 3.2粉体的晶体和晶体表面
根据晶体中质点的键型，主要存在四种晶体 类型：
离子型:ZnS、TiO2、CaCO3 共价型:金刚石 金属型：自然Au、自然Cu 分子型:石蜡、硫、石墨（层间）
固体表面力
晶体中的每个质点周围都存在着一个力场。由于晶 体内部质点排列是有序和周期重复的，故每个质点 力场是对称的。但在固体表面，质点排列的周期重 复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破 坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力。
O2-+H2O
2OH-
表面
溶液
于是OH-和H+成为它们的定位离子。如石英、 锡石、刚玉、金红石、赤铁矿等。
pH小于零电点时，矿物表面荷正电； pH大 于零电点时，矿物表面荷负电。
例如，石英的零电点pH=1.8，pH=1时， Ψ 0=0.047伏；pH=7时， Ψ 0=-0.305伏。