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粉体表面改性的研究进展物理改性中的热处理和球磨是两大常见且有效的方法。
热处理可以改变粉体表面的化学成分和结构，从而影响其性能。
比如通过高温热处理，可以在粉体表面形成高熵合金、氧化层等，改善其力学性能和耐腐蚀性。
球磨作为一种粗糙化技术，可以通过改变粉体表面形貌提高其活性。
通过改变球磨参数，甚至可以将一种粉体转变为另一种具有完全不同性能的粉体。
化学改性方法中，溶剂处理技术被广泛应用于许多工业领域，如环保、能源及催化剂等。
这种方法主要通过选择不同的溶剂来改变粉体表面的化学组成和物理状态，进而达到优化粉体性能的目的。
化学气相沉积（CVD）这种技术已成功地用于粉体表面的加工改性，能显著改善包括磁性、电性、光学性、催化性在内的多种性能。
化学吸附和化学反应也是现阶段常用的化学改性方法，其中化学吸附主要通过在粉体表面吸附不同的化学物质来调整其性能，而化学反应则可以在粉体表面制备复合薄膜，提高其功能性。
需要注意的是，粉体表面改性不仅影响粉体的性能，也会影响到其环境适应性、经济性和安全性等方面。
因此，在粉体表面改性研究中，除了追求性能优化，还需要充分考虑这些因素，使改性后的粉体既具有良好性能，又具有广阔的应用前景。
最近的研究还向生物改性方向发展，如通过酶催化，生物胶凝等方式对粉体进行改性，让粉体获得新的功能和特性。
还有通过物理、化学和生物的组合方式对粉体进行多重改性，使粉体在多个方面都具有优越性能。
总的来说，粉体表面改性技术的研究已经取得了显著的进展，在许多领域都得到了广泛的应用。
然而，由于粉体的复杂性，粉体表面改性仍然面临许多挑战，包括改性机制的解析、改性效果的稳定性及改性方法的绿色化等问题亟待研究解决。
未来的研究还需要持续深入，不断探索更有效、更经济、更环保的粉体表面改性方法，让这种技术在生产实践中发挥出更大的作用。
粉体工程改性主要包括四个方面1粉体改性的原理和方法2表面改性剂3表面改性工艺与设备4粉体表面改性产品的检测与表征粉体表面改性的原理利用物理、化学、机械等方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的地改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团表面能、界面润湿性、电性、表面吸附和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要启发：物理、化学、机械方法都可应用于水泥粉体，可改变其颗粒表面性质：表面晶体结构——机械粉磨时可造成颗粒晶格畸变，引起晶格变形；表面活性剂可降低颗粒表面的界面处的晶格内聚力，使裂纹更容易扩展（助磨剂）官能团——聚羧酸减水剂可使水泥颗粒表面“生长”出带有羧基和羟基的长链润湿性——聚羧酸减水剂可使颗粒表面因带有亲水性基团而更容易润湿电性——聚羧酸减水剂等高聚物使颗粒表面因带有相同性质的静电荷而相互排斥；助磨剂分子能时水泥颗粒表面因化学键断裂而产生的价键力被饱和，哪能防止颗粒发生团聚表面吸附——减水剂与水泥水化颗粒表面具有亲合力，吸附后形成长链；助磨剂可吸附在水泥颗粒表面及断裂面上，可避免裂纹重新闭合粉体改性的目的在使用无机填料的时候，由于无机粉体填料与有机高聚物的表面或界面性质不同，相容性较差，因而难以在基质中均匀分散。
故而必须对无机粉体填料表面进行改性，以改善其表面的物理化学特性，增强其与有机高聚物或树脂等的相容性和在有机基质中的分散性，以提高材料的机械强度及综合性能。
（启发：减水剂并不是与所有的水泥都匹配，经常出现的情况是：某种减水剂对一种或几种水泥有很好的应用效果，但对另一种或几种的水泥应用效果很差，这说明水泥的化学组成及表面性质对减水剂的应用效果有很大影响，我们可以在不改变水泥化学组成的条件下只改变其表面性质，如在任何水泥干粉中加入一些改性剂使其在加入某种减水剂后效果都很好）表面改性方法表面改性的方法很多，能够改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，如表面物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、机械力化学等可称为表面改性方法。
超细粉体的应用及其超细粉体的应用及其表面表面表面改性机理改性机理改性机理浅析浅析刘涛(上海汇精亚纳米新材料有限公司凤阳汇精纳米新材料科技有限公司)功能材料是高分子材料研究、开发、生产和应用中最活跃的领域之一,在材料科学中具有十分重要的地位。
超细粉体不仅是一种功能材料，而且其为新的功能材料的复合更使之具有广阔的应用前景,在国民经济各个领域都有着广泛的应用,起着极其重要的作用。
一：超细粉体的性质及应用1.超细粉体表面特性超细粉体科学与技术是近年来发展起来的一门新的科学技术，是材料科学的一个重要组成部分。
对于超细粉体统一定义，一般将粒径大于1μm 的粉体称为微米粉体，粒径处于0.1-1μm 之间的粉体称为亚微米粉体,粒径小于100nm 的粉体称为纳米粉体，也有人将粒径小于3μm 的粉体称为超细粉体。
超细粉体通常又分为微米粉体、亚微米粉体及纳米粉体。
超细粉体的粒径与其特性的关系如下表所示。
2.超细粉体表面结构根据晶体的空间结构,可以分为四种类型紧密堆积结构、骨架结构、层状结构和链状结构。
晶体受外力作用破坏时，将沿着晶体构造中键合力最弱的地方断裂。
在断裂面上均产生得不到补偿的断键，即不饱和键。
不同化学组成的超细粉体在新鲜表面具有极不相同的不饱和度。
根据断裂键能的性质，表面不饱和键有强弱之分，断裂面以离子键和共价键为主的是强不饱和键，表面为极性表面断裂面以分子键为主的为弱不饱和键，表面为非极性表面。
超细粉体不同，表面官能团的种类和数量不同，同一超细粉体表面官能团有一定的分布。
3、超细粉体的应用（1）超细粉体在塑胶领域中的应用超细粉体在化工领域中的应用十分广泛,在涂料、塑料、橡胶、造纸、催化、裂解、有机合成、化纤、油墨等领域都有广泛的应用。
在塑料行业,将超细粉体与塑料复合可起到增强增韧的作用,如将纳米碳酸钙表面改性后,对材料的缺口抗冲击强度和双缺口冲击强度的增韧效果十分显著,而且加工性能依然良好。
除此之外,超细粉体的加入,可以改善复合材料的耐老化性,防止塑料光辐射老化,提高塑料制品的使用寿命。
SiC粉体的表面改性SiC粉体的外表改性一、背景1.简介：碳化硅分子式为SiC，是用石英砂、石油焦〔或煤焦〕、木屑〔生产绿色碳化硅时需要加食盐〕等原料通过电阻炉高温冶炼而成。
其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，可作为磨料和其他某些工业材料使用。
碳化硅晶体结构分为六方晶系的α-SiC和立方晶系的β-SIC，β-SiC于2100℃以上时转变为α-SiC。
α-SiC由于其晶体结构中碳和硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体。
碳化硅在大自然也存在罕见的矿物，莫桑石。
2.问题：经机械粉碎后的SiC 粉体形状不规那么，且由于粒径小，外表能高，很容易发生团聚，形成二次粒子，无法表现出外表积效应和体积效应，难以实现超细尺度范围内不同相颗粒之间的均匀分散以及烧结过程中与基体的相容性，进而影响陶瓷材料性能的提高。
参加外表改性剂，改善SiC 粉体的分散性、流动性，消除团聚，是提高超细粉体成型性能以及制品最终性能的有效方法之一。
二、过程1.改性方法分类：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〕固相法固相法主要有碳热复原法和硅碳直接反响法。
碳热复原法又包括阿奇逊(Acheson)法、竖式炉法和高温转炉法。
SiC粉体制备最初是采用Acheson法，用焦炭在高温下(2400 ℃左右)复原SiO2制备的。
20世纪70年代开展起来的ESK法对古典Acheson法进行了改良，80年代出现了竖式炉、高温转炉等合成β-SiC粉的新设备。
L N. ℃时保温5分钟即可实现完全反响,再通过650℃除碳即可获得纯的βμm。
硅碳直接反响法又包括自蔓延高温合成法(SHS)和机械合金化法。
SHS复原合成法利用SiO2与Mg之间的放热反响来弥补热量的缺乏，该方法得到的SiC粉末纯度高，粒度小，但需要酸洗等后续工序除去产物中的Mg。
杨晓云等[4]将Si 粉与C 粉按照n(Si)：n(C) = 1：1制成混合粉末，并封装在充满氩气的磨罐中，在WL-1 行星式球磨机上进行机械球磨，球磨25 h 后得到平均晶粒尺寸约为6 nm 的SiC 粉体。
〔2〕液相法液相法主要有溶胶-凝胶(Sol-gel)法和聚合物热分解法。
溶胶凝胶法为利用含Si和含C的有机高分子物质,通过适当溶胶凝胶化工艺制取含有混合均匀的Si和C的凝胶,然后进行热解以及高温碳热复原而获得碳化硅的方法。
Limin μm的SiO2为起始原料,利用溶胶凝胶法在其外表包覆一层酚醛树脂,通过热解然后1500 ℃于Ar气氛下进行复原反响,获得了粒径在200 nm左右的SiC颗粒。
有机聚合物的高温分解是制备碳化硅的有效技术。
一类是加热凝胶聚硅氧烷，发生分解反响放出小单体，最终形成SiO2和C，再由碳复原反响制得SiC粉;另一类是加热聚硅烷或聚碳硅烷放出小单体后生成骨架，最终形成SiC粉末。
〔3〕气相法气相合成碳化硅陶瓷超细粉末目前主要是运用气相反响沉积法〔CVD〕、等离子体法(Plasma Induced CVD)、激光诱导气相法(Laser Induced CVD)等技术高温分解有机物，所得粉末纯度高,颗粒尺寸小,颗粒团聚少,组分易于控制,是目前比拟先进的方法,但本钱高、产量低,不易实现大批量生产,较适合于制取实验室材质和用于特殊要求的产品。
我们主要讲的是用硅烷偶联剂对SiC进行改性，也就是液相法。
2.实验过程：〔1〕原料：选用自行加工的SiC 粉体，D50 = 0.897 µm，SiC 含量为98.98% (质量分数，下同)；硅烷偶联剂(KH–550,NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3)；丙三醇(分析纯)；甲苯(分析纯)；丙酮(分析纯)；氮气(99.99%)。
〔2〕工艺过程：硅烷偶联剂的烷氧基是与SiC 粉体外表的—Si —OH 反响的主要基团，它极易水解生成醇类[8]，故外表改性反响必须选择在非水和非醇类介质中进行。
在四口烧瓶中参加350 mL 甲苯、50 g SiC 微粉和相应比例的硅烷偶联剂，通入N2，在N2 气流下升温至85 ℃并搅拌反响 6 h。
反响结束后，产物趁热真空抽滤，经屡次超声分散(超声介质为水、丙酮；时间为30 min)、离心洗涤(介质：水、丙酮；时间：25 min)后，于105 ℃烘箱中枯燥12 h，冷却后待用。
三、表征改性SiC浆料的粘度与反响温度的关系(图1)在70～90 ℃范围内，浆料黏度随温度的升高而降低；当温度超过90 ℃，黏度随温度的升高而增大，这说明疏水预处理过程受温度的影响较大。
根据反响动力学理论，通常提高温度会加快反响速率，有利于反响的进行，使硅烷偶联剂快速包覆在碳化硅粉体外表，浆料黏度降低，但当温度高于90℃后，反响变得剧烈，包覆层不均匀、不致密，浆料黏度又有所提高。
改性SiC浆料的粘度与反响时间的关系〔图2〕反响时间小于4h时，SiC 浆料的黏度较高；在4～6 h 之间，SiC 浆料黏度较低且随反响时间的延长变化不大；超过 6 h 后，浆料黏度随时间的延长急剧增大。
在反响时间较短时，硅烷偶联剂中的烷氧基团不能与SiC 粉体外表的—OH 基充分发生反响，无法完全包覆在SiC 粉体外表，浆料不能完全呈现硅烷偶联剂的性质，浆料黏度较原始粉体(12.20 Pa·s)有所降低，但并不明显。
随时间延长，硅烷偶联剂在粉体外表的包覆面积逐渐增大，SiC 颗粒的外表性质也逐渐接近硅烷偶联剂的性质，浆料黏度明显下降；在4～6 h 内随着时间的延长，浆料黏度变化不大，说明包覆反响已经完成，浆料黏度没有出现大的变化；但当反响时间超过6 h 后，随时间延长，浆料黏度明显提高，这可能是由于包覆过程中有副反响发生所致。
SiC 浆料黏度与硅烷偶联剂用量的关系〔图3〕反响温度90 ℃；反响时间4 h；SiC 含量均为50 g。
SiC 浆料黏度随硅烷偶联剂用量的增加呈先降低后上升趋势。
当硅烷偶联剂用量为1.5 g 时，SiC 浆料的黏度最小，其流动性最好。
由于硅烷偶联剂的用量越大，包覆层越厚，图 3 的试验结果说明：改性剂包覆层的厚度对改性效果有较大影响，太厚、太薄都不能获得好的分散效果，包覆层的厚度只有在一个适宜的范围内，即在适量的硅烷偶联剂用量条件下，才能够得到较低的浆料黏度。
原始SiC 微粉呈片状、块状等不规那么形状，且颗粒之间相互堆垛，块状颗粒和细颗粒形成较大团聚体，外表有晶体反射光泽；而经硅烷偶联剂处理后的的 SiC 粉体形状规那么，分布较均匀，没有明显的团聚现象。
改性前后SiC 粉体的面间距d 值均与JCPDS卡片中α-SiC 的d 值完全一致，其相对强度也非常吻合。
说明对SiC 微粉外表改性并没有对粉体本身的物相组成和结构产生大的影响。
在SiC 粉体改性前，在波数500～900 cm–1之间存在 1 个明显的宽峰，即Si—C 键的伸缩振动峰；3 455 cm–1 和1 635 cm–1 处为吸附水所产生的吸收峰；由图6b 可见：在SiC 粉体改性后，在500～900 cm–1 之间存在一极强的Si—C 键伸缩振动峰，在 1 256 cm–1 处存在Si—C 键弯曲振动峰，在波数3 430 cm–1 处是缔合的氨基(N—H)伸缩振动峰，1 560 cm–1 处是其面内弯曲振动峰。
测试结果说明：偶联剂与粉体外表的羟基发生了反响，产生了较强的化学键合，它在粉体外表的包覆作用掩盖了粉体原有的外表特性，使粉体的外表呈现出硅烷偶联剂的性质，说明硅烷偶联剂对碳化硅的改性是成功的。
将原始SiC 粉和经KH-550 改性的SiC 粉体分别配制成稀溶液，超声分散30 min 后，用激光粒度分析仪测定改性前后SiC 粉体的粒径：改性前后 SiC 粉体的粒径分布原始 SiC 微粉经过 KH-550 硅烷偶联剂预处理后，中位粒径 D50略有减小，且粒径分布范围变窄，这是由于微粉的团聚程度降低，疏水分散性提高所致。
改性前后SiC 粉体的粒径6.Zeta 电位分析经硅烷偶联剂处理后，SiC 微粉的zeta电位发生了显著变化。
原始SiC 悬浮液的等电点在pH = 6.5 附近，在酸性条件下，zeta 电位根本保持不变，均较低(<10.0 mV)；在碱性条件下，pH 值越大，zeta 电位绝对值越高，在pH = 10 时，到达最大值–17.58 mV。
这是由于SiC 外表的无定形SiO2 薄层会发生水解，在等电点时，形成稳定的不带电荷的硅醇(Si—OH)层，而硅醇具有酸碱两性且偏酸，故SiC 的等电点稍偏酸性[9]。
当溶液中的pH<6.5 时，硅醇与溶液中的H+反响，在SiC 外表形成阳离子团Si—OH2+，使颗粒外表带正电，悬浮液的zeta 电位为正值；当溶液中pH>6.5 时，硅醇键与溶液中的OH–发生反响，在SiC 外表形成阴离子团Si—O–，使颗粒外表带负电，溶液的zeta 电位为负值。
上述结果说明：原始SiC 悬浮液只有在碱性条件下才具经硅烷偶联剂处理后(1#：反响产物只经水洗处理，2#：反响产物先经水洗，再经丙酮洗涤)，二者等电点均向碱性方向稍有偏移，且在酸性条件下zeta 电位均有显著提高，后者提高程度较大，这是因为洗涤后用丙酮脱水防止了SiC 粉体在枯燥时的二次结块。
当pH = 3.78 时，2#悬浮液的zeta 电位获得最高正电位为41 mV，这是因为硅烷偶联剂中的烷氧基(—OC2H5)与粉体外表的Si—OH 发生了键合，在酸性条件下，硅烷偶联剂一端的氨基(—NH2)与氢离子(H+)发生反响生成NH3+，使粉体外表正电荷密度增加，等电点向碱性方向偏移，zeta 电位提高，浆料的分散性得到了改善。
