Silikon karbid (SiC), sentetik kovalent bir bileşik ve yeni bir mühendislik seramik malzemesidir.Yüksek oksidasyon direnci, mükemmel aşınma direnci, termal kararlılık, düşük termal genişleme katsayısı, yüksek termal iletkenlik, yüksek sertlik, termal şok direnci,ve kimyasal korozyon direnciSiC seramikleri havacılıkta yaygın olarak kullanılmaktadırAyrıca, SiC seramikleri yüksek sıcaklıklı yapısal bileşenler, gelişmiş motorlar, ısı değiştiriciler,ve yüksek dayanıklılıklı aşınmaya dayanıklı cihazlar, dünya çapındaki araştırmacıların dikkatini çekmektedir.

SiC Tozlarının Yüzey Değişimi Neden Gerekli?

Nanoskaladaki SiC tozlarının ultra ince öğütülmesi sırasında, parçacıklar sürekli sürtünme ve etki yaşarlar.Bu işlem, parçacık yüzeylerinde büyük miktarlarda pozitif ve negatif yüklerin birikmesine neden olur.Aynı zamanda, tozlar önemli miktarda mekanik ve termal enerjiyi emiyor ve yüzey enerjilerini artırıyor.Daha istikrarlı bir durum elde etmek ve yüzey enerjisini azaltmak için, parçacıklar doğal olarak birbirlerini çekmeye ve toplanmaya eğilimlidir, toplular oluşturur.

Yüzey değişimi, dağılımı ve akışını iyileştirmenin etkili bir yoludur.SiC tozları, toplanmayı önler, ultra ince SiC tozlarının oluşturma özelliklerini arttırır ve nihai seramik ürünlerin performansını geliştirir.

Yüzey Değişimi Mekanizmleri

Ultra ince tozların yüzey değiştirmesi, toz yüzeyi ile değiştiren ajan arasındaki etkileşimi içerir.Etrafındaki ortamla uyumluluklarını arttırırDeğiştirme maddeleri, parçacık yüzeyi ile etkili bir şekilde etkileşime girebilecek fonksiyonel gruplar içermelidir.

İki ana mekanizma vardır:

1. Kaplama Değişimi: Organik veya organik bileşiklerin (suda çözünür veya yağda çözünür polimerler, yağ asitleri sabunları vb.) bir katmanı parçacık yüzeyini kaplar ve yeniden birleştirilmesini engelleyen sterik bir engel oluşturur.

2. Koplama (Kimyasal) Değişimi: Parçacık yüzeyi ve değiştiren ajan arasında kimyasal reaksiyonlar veya koplama etkileşimleri meydana gelir.İyonik veya kovalent bağlar oluşabilir, daha güçlü ve daha istikrarlı bir yüzey modifikasyonuna yol açar.

Genel Yüzey Değiştirme Metotları

1- Kaplama Değişimi

Kaplama modifikasyonu, parçacık yüzeyine özgün özelliklerini değiştirmek için fiziksel veya kimyasal olarak bir modifikasyon ajanı katmanı bağlamayı içerir.Süper disperjanlar, ve inorganik bileşikler.

• Yüzey Adsorpsiyon Kaplama: Parçacık yüzeyinde sürekli bir kaplama oluşturmak için fiziksel veya kimyasal emilim kullanır.

• Organik olmayan kaplama: Fiziksel olarak parçacık yüzeyine yapışan, yüzey serbest enerjisini azaltan ve agregasyonu önleyen inorganik olmayan malzemelerin kullanılmasını içerir.Buhar çökmesi, güneş-gel kaplama, radyasyon ve mekanik kaplama.

2Kimyasal modifikasyon

Kimyasal modifikasyon, modifiye edici ajan ve parçacık yüzeyi arasında bir kimyasal reaksiyon veya emilim içerir.Toz yüzeyine aşılanan uzun zincirli polimerler, bir ortamda dağılım istikrarını iyileştirmek için hidrofilik gruplar içerebilirYaygın kimyasal modifiye edici maddeler arasında koplama ajanları, yağ asitleri ve tuzları, doymamış organik asitler ve organosilikonlar bulunur.

Yüzey değişikliğinin toz özellikleri üzerindeki etkileri

1. pH Etkisi: Yüzey değişimi, belirli pH seviyelerinde dispersibiliteyi optimize edebilir, bu da eşit parçacık dağılımına sahip yüksek katı içeriğe sahip seramik hamurların hazırlanması için çok önemlidir.

2. Yüzey Özellikleri: Tozun yüzey alanı, yüzey enerjisi, kimyasal bileşimi, kristal yapısı, fonksiyonel gruplar, ıslanabilirlik, yüzey yükü, gözeneklilik gibi özellikleri,ve ızgara kusurları gübre viskozitesini ve ulaşılabilir maksimum katı içeriği etkiler.

3. Koplama Ajanı Etkileri: Hem organik hem de inorganik malzemelere reaksiyon gösteren fonksiyonel grupları olan silan bağlayıcı maddeler, düşük viskozluk elde ederek SiC çamurlarının dağılmasını ve istikrarını önemli ölçüde arttırır.Yüksek katılık içeren süspansiyonlar.

4. Moleküler Yapı Etkisi: Farklı modifiye edici yapılar istikrar mekanizmalarını etkiler. Örneğin, elektrostatik istikrar ve sterik engelleme mekanizmaları parçacık dağılımını optimize edebilir ve agregasyonu önleyebilir.

5. Disperjan Türü ve Dozajı: Disperjanların seçimi ve konsantrasyonu, gübre viskozitesini, zeta potansiyelini ve dispersiyon kalitesini doğrudan etkiler.

Mevcut Zorluklar

Yüzey kaplama, ultra ince SiC tozlarının dağılabilirliğini, istikrarını ve performansını önemli ölçüde iyileştirirken, birkaç zorluk kalmaktadır:

• Yeni, uygun maliyetli ve kolay kontrol edilebilir modifikasyon yöntemleri geliştirmek.

• Ultra ince SiC tozları için kaplama formülasyonunu, yeniden kullanılabilirliğini ve istikrarını iyileştirmek.

• SiC-metal kompozitlerindeki SiC parçacıklarının korozyon direncini artırmak için metallerle nemlenebilirliğini artırmak.

• Yüzey işleme sürecini optimize etmek için yüksek performanslı, düşük maliyetli veya çok fonksiyonel yüzey aktif maddeleri tasarlamak.

• Yüzey değiştirilmiş SiC tozları için standart test ve kalite değerlendirme yöntemleri oluşturmak.

Sonuçlar

Ultra ince SiC tozları, gelişmiş malzemelerde geniş uygulamaları sağlayan benzersiz özelliklere sahiptir.Dağınıklığı arttırmak, istikrar ve performans ve yüksek performanslı fonksiyonel seramiklerin geliştirilmesini mümkün kılıyor.Yüzey modifikasyon tekniklerindeki ilerlemeler, nanokeramik tozların uygulama yelpazesini genişletecek ve malzeme bilimi alanında yeniliklere yol açacak.