沈阳长信碳化硅微粉有限公司 辽宁省新民市 110324
摘要：纳米技术在现今新材料领域具备广泛的应用前景，纳米碳化硅颗粒的微观形貌和晶体结构使其具备更多独特优异性能，但其分子原子表面活性较强也导致其容易发生团聚和分散，这对于碳化硅材料的质量有十分紧密的影响，本文就这一议题进行了分析和研究，从团聚现象、软团聚的分散、硬团聚的分散方面进行了论述，供相关人士参考。
关键词：碳化硅、颗粒形态、团聚、分散
1引言
纳米技术作为现代科技热门研究领域，早在20世纪90年代纳米材料已被作为高级技术材料，近年来，新材料被应用于医学、科研、航天等众多领域，其研发过程受到世界各地越来越多的关注。纳米材料性能远高于一般传统产品，但是纵观纳米技术研究现状，新型纳米材料还处在基础研究和应用阶段。纳米材料主要包括两类，即金属纳米超微颗粒和陶瓷纳米粉。其中，金属纳米超微颗粒在催化剂选择性能方面优势较大，集中应用于化工、国防领域。而陶瓷纳米粉是制备超塑性陶瓷、纳米复相陶瓷、陶瓷基复合材料、功能梯度材料所必须的原料。纳米微粒产品研究较为复杂，精度要求较高，生产研究主要包括制备、微观结构、宏观物性和应用四个方面，其中纳米微粒制备技术作为整个研究的关键，也是研究的重点。
本文就碳化硅纳米材料做了详细介绍。碳化硅纳米材料的微观形貌和晶体结构特征碳决定了其性能优异，碳化硅耐高温，与强酸、强碱均不反应，导热导电性好，具有很强的抗辐射能力。碳化硅纤维可制成雷达吸波材料，在军事工业中前景广阔。碳化硅超精细微粉是生产碳化硅陶瓷的理想材料。碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能，如高的抗弯强度，优良的抗氧化性，耐腐蚀性，非常高的抗磨损以及低的摩擦系数，而且高温力学性能（强度、抗蠕变性等）是已知陶瓷材料中最好的材料。
2团聚现象概述
碳化硅分子晶体表面微观形貌和晶体结构使其自身具有较高的表面活化能，活性较大，能量不稳定，因为其具备表面原子比例大，比表面积大，粒径小，表面缺少临近配位原子，表面能大。粉体表面活性越大，能量处于不稳定状态时，粉体在准备及运输的过程中很容易发生团聚现象。纳米颗粒团聚主要分为两类，即软团聚和硬团聚。团聚现象会使原有颗粒粒径变大，原纳米特性减弱，导致材料性能降低。
软团聚由静电力和分子/原子之间作用力形成，容易被分散，通常情况下可利用化学作用和施加机械力将团聚分散。相较于软团聚，硬团聚分散较为困难，因其具有不同化学组成、不同制备方法，难以用统一理论解释。经过多重实验研究，研究人员提出多重理论，包括毛细管吸附理论、氢键理论、晶桥理论、化学键作用理论等，多数支持化学键作用理论致使产生硬团聚，硬团聚因化学键作用，其在分散过程中很难被破坏。经实验研究表明，溶液中颗粒的存在形式主要有三种，即单个微粒、软团体和硬团体。无论以上三种任何一种存在形式，其表面都会形成双电荷层。溶液中单个微粒不易发生团聚现象，因为其表面定位电荷多，吸附溶液里的配衡电荷时导致表面双电荷层变厚，空间斥力增加，所以不易团聚。相比之下，团聚体更容易团聚在一起，需要采用其它方法将其分散。
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3 软团聚的分散分析
碳化硅颗粒软团聚现象是由于纳米粉体分子之间相互作用力引起，其离子键作用相对较弱，一般采用物理分散方法可对其进行分散，主要包括超声分散和机械分散两种。实验表明，机械搅拌作用可加快颗粒在悬浮液中的迁移程度，导致软团体被破坏，有效降低粉体平均粒径。随着对新材料性能的高要求标准，纳米碳化硅的精准度要求也在不断提高。实验研究表明，超声波可有效解除碳化硅软团聚，因为超声波在介质中传播产生高速冲击波会侵蚀固体表面，使得固体颗粒分散。进一步研究表明，机械搅拌和超声波分散两种方法相结合产生的分散效果远高于单一方法的分散效果。超声分散和机械分散也是纳米颗粒粉体分散的必备方法。
4 硬团聚的分散分析
硬团聚相对软团聚，机理较为复杂。首先可以通过对纳米粉体制备过程中控制团聚。包括有机物清洗法，选择适合的干燥方式，共沸蒸馏，前驱体煅烧过程的控制四点，以上均有助于控制团聚的形成或有助于团聚的分散。为得到高质量高精度的新型纳米材料，科研人员不断进行实验研究，结果表明纳米微粒分散方法主要包括物理分散和化学分散。物理方法与软团聚分散相似。化学作用可有效分散微粒中的团聚，其中化学分散中纳米碳化硅颗粒硬团聚采用不同分散剂进行分散，分散剂为非离子型和离子型。较大粒子（0.5—2μm）分散采用非离子型分散剂，最常用的是聚乙二醇（ＰＥＧ），该方法主要通过分散剂吸附粒子表面电荷，改变原有电荷分布，达到分散效果。此外纳米微粒表面与处理剂产生化学反应，从而改变微粒表面结构状态，也可达到分解团聚效果。
不同分散剂的分子结构、化学成分及包覆机理等不同致使不同的分散剂、悬浮液处于最佳分散状态对应的ｐＨ 值完全不同。为避免此问题带来的困扰，需研究一种新的分散剂，使其既可以达到最佳分散效果又可以改变纳米碳化硅颗粒的疏水性，进而更加有效改善其分散性。新型分散剂链接结构复杂，合成和制备对研究员也是一个挑战，可以说高分子分散剂的制备本身就是一个难点。研究表明不同离子型分散剂，悬浮液的酸碱性也影响其分散效果。无论物理分散还是化学分散，仅仅起到团聚分散的促进作用，所以纳米颗粒团聚的成因机理及其微观结构还有待深入研究。
5结语
高科技发展日益加重的现在，新材料高性能新型纳米也越来越得到各界的关注，纳米碳化硅及其复合材料的产品也越来越多。虽然现今技术领域纳米产品性能较之前越来越好，但新的突破，新的问题仍有待于研发解决。注重纳米碳化硅表面特性研究对新型团聚分散剂研发十分必要。另外还需注重纳米团聚颗粒本质，找出能够完全破坏纳米碳化硅团聚的新方法。为得到性能最优的纳米碳化硅颗粒，可以采用物理方法和化学方法相结合，对悬浮液进行分散，使得纳米碳化硅分散效果最佳。
参考文献：
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王大明。溶胶-凝胶法制备碳化硅研究进展。（无机盐工业），2009.2
论文作者:任云 任江 任霞,刘长春
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/8
标签：分散论文; 碳化硅论文; 纳米论文; 颗粒论文; 分散剂论文; 表面论文; 微粒论文; 《科技新时代》2019年3期论文;