碳化硅陶瓷具有高的彈性模量和比剛度，不易變形，并且具有較高的導熱系數和低的熱膨脹系數，是目前高溫領域中使用最廣泛的結構陶瓷之一。目前碳化硅陶瓷主要通過注漿成型法制備，要得到微觀結構均勻、密度高的陶瓷素坯，使其發揮優異性能，其關鍵就是需要制備低粘度和高固相含量的SiC漿料。然而SiC本身并不溶于水，加上隨著固相含量的增加，粉體顆粒之間的距離縮短，相互作用變強，會使粘度增高，因此高固相含量與低粘度二者往往不可兼得。為了緩解SiC漿料高固相含量與低粘度相沖突的問題，工業上往往利用改性劑對碳化硅粉體進行表面改性。

一、碳化硅表面改性方法

目前，陶瓷粉體表面改性方法種類繁多，其中，應用較多的是表面包覆改性和表面化學改性。

1、表面包覆改性

表面包覆改性是將超細粉體與改性劑按照一定比例在水或有機介質中混合，經磁力攪拌或球磨一定時間后，改性劑通過氫鍵或靜電引力等相互作用吸附到顆粒表面，并在顆粒表面形成單層或多層包覆，該包覆層能夠利用靜電穩定和（或）空間穩定機制，減少粉體間的團聚，實現SiC粉體分散性能的改善。

相比其他改性方法，表面包覆改性具有簡單，成本低的優勢，同時可以選擇不同的改性劑進行改性，實現精確的表面改性。

2、表面化學改性

表面化學改性是通過改性劑與粉體表面官能團發生化學反應或化學吸附，使改性劑包覆或者接枝在粉體表面，從而改變粉體顆粒表面性質。由于顆粒與改性劑之間是通過化學鍵合連接在一起的，因此改性效果更加穩定。不過在選取改性劑時需要充分考慮顆粒的表面性質（如表面極性，表面酸堿性，表面官能團等）、分散介質的性質等，才能保證最佳的改性效果。

二、碳化硅常用的表面改性劑

目前常用的改性劑種類有硅烷偶聯劑、表面活性劑和聚電解質等

1、表面活性劑

表面活性劑是一種具有兩親性的物質，其分子由非極性親油基團和極性親水基團組成，親水基團通常由含氧、含氮或含酸根基的化學結構單元組成，包括羧基（-COOH）、羥基（-OH）、酰胺基（-CONH2）、醛基（-CHO）、氨基（-NH2）和醚基（-O-）等。由于其偏向于與水分子相互作用，因此可以增加表面活性劑在水溶液中的溶解度和分散性。而親油基團通常由含碳原子和氫原子的化學結構單元組成，包括烷基、芳基和硅烷基等，它們偏向于不與水分子相互作用，因此可以增加表面活性劑分子的疏水性和在疏水性介質中的分散性。

表面活性劑結構

當使用表面活性劑改性SiC粉體時，通常表面活性劑的親水基團與硅羥基通過氫鍵等作用吸附在SiC粉體表面，另外一端的疏水基團朝向分散介質，舒展的基團可以提供一定空間位阻作用，進而提升SiC粉體的分散能力。

2、聚電解質分散劑

聚合物改性劑可以改善物質的物理、化學性質，以適應特定應用的需要，聚電解質就是一種具有可正電離或負電離基團的聚合物改性劑，經常被用于提升陶瓷粉體的分散性能。其原理是：當聚電解質溶解在水中時，其電離出的帶正電的陽離子和帶負電的陰離子會吸附在分散顆粒的表面，使粒子帶有相同的電荷，帶相反電荷的離子則自由擴散到周圍液體介質中，形成一個帶電離子的穩定擴散層，即雙電層。由于帶相同電荷的離子相互排斥，形成靜電斥力可防止顆粒在介質中絮凝，從而達到分散的目的。同時，由于聚合物的空間位阻效應，也可以防止做布朗運動的顆粒靠近，產生復合穩定作用。

陽離子共聚物EPI-DMA在SiC表面的吸附構象

聚電解質對陶瓷粉體的分散效應受其在顆粒表面的吸附行為及吸附構象影響，而這又與聚電解質的電荷密度、顆粒表面活性位點以及介質pH值等因素有關。目前表面親水性改性常見的聚電解質聚合單體通常帶有親水基團（如羧基、羥基和酰胺基），常見的聚合物單體有2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸鈉等。

3、硅烷偶聯劑

硅烷偶聯劑（(RO)3-Si-R'-X）是一類含有硅烷基的化合物，可用于改善材料表面的粘附性和潤濕性能，其分子結構中通常包含硅烷基、偶聯基和活性基三部分。其中，硅烷基是硅與碳的化學鍵，水解后能與無機物結合，偶聯基用于與有機材料結合，而活性基則可以在材料表面形成化學鍵，增強表面的粘附性和潤濕性。

值得注意的是，硅烷偶聯劑是少數可以與 SiC 粉體表面發生化學反應的改性劑之一，當硅烷水解后，其產物可與羥基之間反應形成共價鍵，生成硅氧化物層，提高或改變顆粒表面潤濕性能。因此，硅烷偶聯劑特別適用于改性表面存在羥基的SiC陶瓷粉體。除此之外，硅烷偶聯劑還可以與其他分散劑配合作用，實現陶瓷表面性質的改善。

硅烷偶聯劑與 SiC 表面反應機理

參考文獻：

1、張文瀟.超細碳化硅粉體表面改性及重結晶碳化硅陶瓷注漿成型研究[D].北京化工大學.

2、張旭輝.陽離子聚電解質與陰離子表面活性劑復合改性碳化硅微粉及其機理[D].北京化工大學.

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