碳化硅陶瓷具有高的弹性模量和比刚度，不易变形，并且具有较高的导热系数和低的热膨胀系数，是目前高温领域中使用最广泛的结构陶瓷之一。目前碳化硅陶瓷主要通过注浆成型法制备，要得到微观结构均匀、密度高的陶瓷素坯，使其发挥优异性能，其关键就是需要制备低粘度和高固相含量的SiC浆料。然而SiC本身并不溶于水，加上随着固相含量的增加，粉体颗粒之间的距离缩短，相互作用变强，会使粘度增高，因此高固相含量与低粘度二者往往不可兼得。为了缓解SiC浆料高固相含量与低粘度相冲突的问题，工业上往往利用改性剂对碳化硅粉体进行表面改性。

一、碳化硅表面改性方法

目前，陶瓷粉体表面改性方法种类繁多，其中，应用较多的是表面包覆改性和表面化学改性。

1、表面包覆改性

表面包覆改性是将超细粉体与改性剂按照一定比例在水或有机介质中混合，经磁力搅拌或球磨一定时间后，改性剂通过氢键或静电引力等相互作用吸附到颗粒表面，并在颗粒表面形成单层或多层包覆，该包覆层能够利用静电稳定和（或）空间稳定机制，减少粉体间的团聚，实现SiC粉体分散性能的改善。

相比其他改性方法，表面包覆改性具有简单，成本低的优势，同时可以选择不同的改性剂进行改性，实现精确的表面改性。

2、表面化学改性

表面化学改性是通过改性剂与粉体表面官能团发生化学反应或化学吸附，使改性剂包覆或者接枝在粉体表面，从而改变粉体颗粒表面性质。由于颗粒与改性剂之间是通过化学键合连接在一起的，因此改性效果更加稳定。不过在选取改性剂时需要充分考虑颗粒的表面性质（如表面极性，表面酸碱性，表面官能团等）、分散介质的性质等，才能保证最佳的改性效果。

二、碳化硅常用的表面改性剂

目前常用的改性剂种类有硅烷偶联剂、表面活性剂和聚电解质等

1、表面活性剂

表面活性剂是一种具有两亲性的物质，其分子由非极性亲油基团和极性亲水基团组成，亲水基团通常由含氧、含氮或含酸根基的化学结构单元组成，包括羧基（-COOH）、羟基（-OH）、酰胺基（-CONH2）、醛基（-CHO）、氨基（-NH2）和醚基（-O-）等。由于其偏向于与水分子相互作用，因此可以增加表面活性剂在水溶液中的溶解度和分散性。而亲油基团通常由含碳原子和氢原子的化学结构单元组成，包括烷基、芳基和硅烷基等，它们偏向于不与水分子相互作用，因此可以增加表面活性剂分子的疏水性和在疏水性介质中的分散性。

表面活性剂结构

当使用表面活性剂改性SiC粉体时，通常表面活性剂的亲水基团与硅羟基通过氢键等作用吸附在SiC粉体表面，另外一端的疏水基团朝向分散介质，舒展的基团可以提供一定空间位阻作用，进而提升SiC粉体的分散能力。

2、聚电解质分散剂

聚合物改性剂可以改善物质的物理、化学性质，以适应特定应用的需要，聚电解质就是一种具有可正电离或负电离基团的聚合物改性剂，经常被用于提升陶瓷粉体的分散性能。其原理是：当聚电解质溶解在水中时，其电离出的带正电的阳离子和带负电的阴离子会吸附在分散颗粒的表面，使粒子带有相同的电荷，带相反电荷的离子则自由扩散到周围液体介质中，形成一个带电离子的稳定扩散层，即双电层。由于带相同电荷的离子相互排斥，形成静电斥力可防止颗粒在介质中絮凝，从而达到分散的目的。同时，由于聚合物的空间位阻效应，也可以防止做布朗运动的颗粒靠近，产生复合稳定作用。

阳离子共聚物EPI-DMA在SiC表面的吸附构象

聚电解质对陶瓷粉体的分散效应受其在颗粒表面的吸附行为及吸附构象影响，而这又与聚电解质的电荷密度、颗粒表面活性位点以及介质pH值等因素有关。目前表面亲水性改性常见的聚电解质聚合单体通常带有亲水基团（如羧基、羟基和酰胺基），常见的聚合物单体有2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、丙烯酰胺和苯乙烯磺酸钠等。

3、硅烷偶联剂

硅烷偶联剂（(RO)3-Si-R'-X）是一类含有硅烷基的化合物，可用于改善材料表面的粘附性和润湿性能，其分子结构中通常包含硅烷基、偶联基和活性基三部分。其中，硅烷基是硅与碳的化学键，水解后能与无机物结合，偶联基用于与有机材料结合，而活性基则可以在材料表面形成化学键，增强表面的粘附性和润湿性。

值得注意的是，硅烷偶联剂是少数可以与 SiC 粉体表面发生化学反应的改性剂之一，当硅烷水解后，其产物可与羟基之间反应形成共价键，生成硅氧化物层，提高或改变颗粒表面润湿性能。因此，硅烷偶联剂特别适用于改性表面存在羟基的SiC陶瓷粉体。除此之外，硅烷偶联剂还可以与其他分散剂配合作用，实现陶瓷表面性质的改善。

硅烷偶联剂与 SiC 表面反应机理

参考文献：

1、张文潇.超细碳化硅粉体表面改性及重结晶碳化硅陶瓷注浆成型研究[D].北京化工大学.

2、张旭辉.阳离子聚电解质与阴离子表面活性剂复合改性碳化硅微粉及其机理[D].北京化工大学.

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