粉体表面改性复习要点(精简版)

一文了解粉体表面改性技术
超细粉体具有常规材料难以比拟的优异性能，在先进陶瓷、微电子、航天航空、生物制药、光学检测等领域获得了广泛的应用，但由于稳定性低、易发生团聚和难于分散，需要对超细粉体进行适当的表面处理以改善颗粒的表面特性和提高其分散性能，达到应用要求。

 一、粉体表面改性方法
 粉体表面改性方法是指改变非金属矿物粉体表面或界面的物理化学性质的方法，主要有表面物理涂覆、化学包覆、无机沉淀包覆或薄膜、机械力化学、化学插层等。

目前工业上粉体表面改性常用的方法主要有表面化学包覆改性法、沉淀反应改性法、机械化学改性法和复合法。

 1、表面化学包覆改性法
 表面化学包覆改性法是目前最常用的粉体表面改性方法，是利用有机表面改性剂分子中的官能团在颗粒表面吸附或化学反应对颗粒表面进行改性。

改性工艺可分为干法和湿法两种。

 SiO2粉体颗粒表面改性示意图
 所用表面改性剂主要有偶联剂（硅烷、钛酸酯、铝酸酯、锆铝酸酯、有机络合物、磷酸酯等）、表面活性剂（高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂、有机硅油或硅树脂等)、有机低聚物及不饱和有机酸等）。

 2、沉淀反应法
 沉淀反应法是利用化学沉淀反应将表面改性物沉淀包覆在被改性颗粒表面，是一种“无机/无机包覆”或“无机纳米/微米粉体包覆”的粉体表面改性方。

太原理工大学矿院矿物加工粉体工程复习资料你懂的。

1.纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。

纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，它具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

①表面效应：随着粉体粒径的减小，其特性不仅取决于固体本身，而且还与表面原子状态有关，称其为表面效应。

②小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变，由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。

③量子尺寸效应：指当粒子的尺寸下降到某一值时金属费米能级附近的电子由准连续变为离散的现象。

④宏观量子隧道效应隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。

近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。

2、颗粒的结构原级颗粒聚集体颗粒（硬团聚颗粒）凝聚体颗粒（软团聚颗粒）絮凝体颗粒①原级颗粒：最先形成粉体物料的颗粒。

又称一次颗粒或基本颗粒。

它是构成粉体的最小单元。

它能真正反映出粉体的固有性能。

②聚集体颗粒（硬团聚颗粒）:由许多原级颗粒靠着某种化学力其表面相互连接而堆积起来。

例如：粉体在高温脱水。

聚集体颗粒的比表面积比构成它的原级颗粒的表面面积和要小。

聚合体颗粒各原级颗粒间彼此结合牢固，必须用粉碎的方法才能使其分开。

③凝聚体颗粒（软团聚颗粒）：棱角相连，结合力弱（范德华力，静电力）。

表面积变化不大。

如湿法合成干燥后的粉体。

凝聚体颗粒比较疏松，通过研磨或者高速搅拌可使之解体。

④絮凝体颗粒：粉体在液相介质中分散，由于颗粒间的各种物理力，使颗粒松散的聚合在一起所形成的粒子群，称絮凝体颗粒。

如受潮后的粉体结块，淀粉在水中变粘。

絮凝体颗粒很容易被微弱的剪切力解絮，也很容易在表面活性剂的作用下分散开来。

3、常用的“演算直径”有轴径、球当量径、圆当量径和统计径四类。

一文认识机械化学法粉体表面改性技术
表面改性是指利用各类材料或助剂，采用物理、化学等方法对粉体表面进行处理，根据应用的需要有目的地改善粉体表面的物理化学性质或物理技术性能，以满足现代新材料、新工艺和新技术发展的需要。

粉体表面改性的方法很多，分类方法依分析问题的角度不同而异，下面小编就机械化学法粉体表面改性技术进行介绍。

 一、粉体表面改性方法概述
 目前，粉体改性方法按照改性工艺性质分类，主要分为6类，表面覆盖改性、表面化学改性、机械化学法改性、胶囊式改性、高能处理改性、沉淀反应改性。

 （1）表面覆盖改性
 表面覆盖改性是利用表面活性剂使高分子、无机物、有机物等覆盖于粉体表面，达到表面改性。

 表面覆盖法改性纳米碳酸钙结构图
 （2）表面化学改性
 表面化学改性是利用表面改性剂与粉体表面进行化学反应或化学吸附的方式完成，使其表面产生新的机能。

 表面化学改性示意图
 （3）机械化学法改性
 机械化学法改性是通过粉碎、磨碎、摩擦等方法增强粒子的表面活性，具有强活性的粉体表面与其它物质发生反应、附着，达到表面改性的目的。

SiC粉体的表面改性一、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a-SiC和立方晶系的B-SIC,B-SiC于2100°C以上时转变为a-SiC°a-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粉体形状不规则，且由于粒径小，表面能高，很容易发生团聚，形成二次粒子，无法表现出表面积效应和体积效应，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。

加入表面改性剂，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，用焦炭在高温下（2400C左右）还原Si02制备的。

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B-SiC粉的新设备。

LN.Satapathy等以Si+2C为起始反应物,采用2.45GHz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B-SiC,其平均粒径约0.4口m。

硅碳直接反应法又包括自蔓延高温合成法（SHS）和机械合金化法。

SHS还原合成法利用SiO2与Mg之间的放热反应来弥补热量的不足，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。

粉体表面改性1.粉体分散的三个阶段（名词解释）颗粒分散：粉体颗粒在液相介质中分离散开并在整个液相中均有分布的过程。

包括润湿、解团聚和稳定化三个阶段。

?润湿：指固体表面与液体接触时，原来的固相-气相界面消失，形成新的固相-液相界面的现象。

润湿能力就是液体在固体表面铺展的能力。

解团聚：指通过某些方法使较大粒径的聚集体分散为较小的颗粒。

稳定化：指保证粉体颗粒在液体中保持长期的均匀分散。

聚电解质（名词解释）是指在高分子链上带有羧基或磺酸基等可离解基团的水溶性高分子3、异质絮凝（名词解释）是指带正电荷和负电荷颗粒，因静电吸引形成中性聚集体，并迅速聚沉的现象。

4、.纳米复合材料的概念（名词解释）纳米材料与其它材料复合而成的材料。

5.插层方法种类（名词解释）定义：粘土与高分子有机化合物以某种方式形成的粘土以纳米级弥散的复合材料制备方法。

插层方法：固相插层：利用外来机械力来促进固体插层剂与高岭土作用进行插层。

液相插层：插层剂在液态溶液或是在熔融状态下进行插层反应。

简答题1、常用的分散剂种类表面活性剂：空间位阻效应小分子量无机电解质或无机聚合物吸附－－提高颗粒表面电势聚合物类(应用最多)：空间位阻效应、静电效应偶联剂类2、用聚电解质分散剂分散纳米粉体时，影响浆料稳定性的各种因素有哪些？1、聚电解质的分子量当聚电解质分子量过小，在粉体表面的吸附较弱，吸附层也较薄，影响位阻作用的发挥。

分子量过大，易发生桥连或空位絮凝，使团聚加重，粘度增加。

2、分散剂用量适宜的分散剂用量才可以使分散体系稳定。

用量过低，粉体表面产生不同带电区域，相邻颗粒因静电引力发生吸引，导致絮凝。

用量过高，离子强度过高，压缩双电层，减小静电斥力；同时，还易发生桥连或空缺絮凝，稳定性下降。

3、温度研究表明，为了获得较好的分散效果（以最低粘度为衡量标准），随温度的升高，所需分散剂的用量随之增加3、表面改性有哪些重要应用？改善纳米粉体的润湿和附着特性。

改善纳米粉体在基体中的分散行为，提高其催化性能。