Hlavní důvod, proč je povrchová úprava nezbytná pro submikronovou vysokou čistotumikroprášek oxidu hlinitého(obvykle s velikostí částic mezi 100 nm a 1 μm) je, že jeho obrovský specifický povrch vede k extrémně vysoké povrchové energii. Tato fyzikální vlastnost způsobuje, že v neléčeném stavu vykazuje vážné „vedlejší účinky“. Submikronový vysoce čistý mikroprášek oxidu hlinitého je náchylný k aglomeraci kvůli své malé velikosti částic, velkému specifickému povrchu a vysoké povrchové energii, což je běžný problém při jeho aplikaci. K vyřešení tohoto problému je nutné komplexně zvážit tři dimenze fyziky, chemie a technologie a vybrat nejvhodnější řešení depolymerace.
Toto je základní prostředek k řešení problému aglomerace, zaměřený na změnu povrchových vlastností prášků pomocí chemických nebo fyzikálních metod, snížení jejich povrchové energie nebo zavádění odpudivých sil mezi částicemi.
① Silanové vazební činidlo, titanové esterové vazebné činidlo, vazebné činidlo na bázi esteru hliníku atd. jsou běžně používané možnosti. Mohou reagovat s hydroxylovými skupinami na povrchu oxidu hlinitého za vzniku organické molekulární vrstvy, což zlepšuje jejich kompatibilitu a disperzibilitu v organických systémech. Při výběru je třeba věnovat pozornost hydrolytické aktivitě a rychlosti kondenzace vazebného činidla, aby se zabránilo zhoršení aglomerace v důsledku "přemostění" mezi částicemi způsobené příliš rychlou reakcí.
② Vodný systém polymerního dispergačního činidla: Výhodné jsou aniontové dispergační činidla, jako je polyakrylát sodný a hexametafosforečnan sodný, které vytvářejí elektrostatické odpuzování (dvouvrstvý efekt) prostřednictvím ionizace ke stabilizaci disperze. Systém olejová fáze/organické rozpouštědlo: Vyberte si disperzanty s dlouhými alkylovými skupinami, jako jsou fosfátové estery, oleát sodný nebo blokové kopolymery s vysokou molekulovou hmotností, které hlavně zabraňují přiblížení částic prostřednictvím sterických zábran.
③ Anorganický povlak využívá metodu sol gelu k potažení povrchu částic oxidu hlinitého vrstvou nano SiO ₂ a dalších oxidů za účelem vytvoření fyzické bariéry, která účinně blokuje přímý kontakt mezi částicemi.
Množství přidaného dispergačního nebo vazebného činidla je obvykle 0,5 % až 3 % hmotnosti prášku. Nedostatečné dávkování nemůže plně pokrýt povrch částic, zatímco nadměrné dávkování může vést k vícevrstvé adsorpci nebo zvýšení viskozity systému, což následně ovlivňuje výkon. Navrhněte stanovení optimálního dávkování pomocí experimentů v malém měřítku.
Na základě povrchové úpravy v kombinaci s vhodnými fyzikálními procesy lze vzniklé agregáty efektivně dispergovat.
① Ultrazvuková disperze využívá „kavitační efekt“ generovaný ultrazvukovými vlnami v kapalinách k vytvoření silných místních nárazových sil, které mohou účinně rozkládat měkké agregáty. Vhodné pro laboratorní nebo malodávkovou disperzi kaše, během zpracování je třeba vzít v úvahu kontrolu teploty, aby se zabránilo přehřátí.
② Vysokoenergetické kulové mletí/mletí písku násilně otevírá aglomeráty prostřednictvím kolize, smyku a tření mezi mlecím médiem (jako jsou zirkonové kuličky) a práškem. Tato metoda má vysokou účinnost, ale vyžaduje optimalizaci rychlosti, poměru kuliček k materiálu a času, aby se zabránilo nadměrnému mletí, které vnáší nečistoty nebo poškozuje morfologii částic.
Sušení je klíčovým krokem vedoucím k sekundární aglomeraci. Během tradičního sušení kapilární síla generovaná odpařováním vlhkosti pevně přitáhne částice k sobě.
① Lyofilizace nejprve zmrazí suspenzi obsahující prášek do pevného stavu a poté přímo sublimuje led ve vakuovém prostředí. Tento proces zcela zamezuje vytváření kapalných můstků a kapilárních sil a je jednou z nejlepších metod sušení pro zabránění tvrdé aglomeraci a získání sypkých prášků.
② Sušením rozprašováním lze získat kulovité částice s dobrou tekutostí rozprášením suspenze a jejím rychlým vysušením. Je vyžadována přesná kontrola parametrů, jako je teplota vstupního vzduchu a rychlost rozprašování, a na pomoc lze do suspenze předem přidat dispergační činidla.
Níže jsou uvedeny metody doporučené technikem SAT NANO DANA na základě výrobních metod a zařízení společnosti.
| Dimenze |
Frézování za mokra |
Vysokotlaká homogenizace (HPH) |
Tryskové frézování (suchý proces) |
Ultrazvuk |
| Pracovní princip |
Smykové a nárazové síly od brusných médií (např. kuličky zirkonia/oxidu hlinitého). |
Okamžitý pokles tlaku, vysokorychlostní náraz a kavitace. |
Vysokorychlostní srážky částic poháněné stlačeným vzduchem. |
Lokalizované rázové vlny a mikrotrysky generované akustickou kavitací. |
| Schopnost deaglomerace |
Extrémní: Schopnost rozbít měkké aglomeráty i částečně tvrdé aglomeráty (slinuté krčky). |
Silný: Vysoce účinný pro měkké aglomeráty a rafinaci submikrometrových shluků. |
Střední: Používá se především k rozbíjení hrubých shluků ve formě suchého prášku. |
Nízká až střední: Účinné pouze pro měkké/slabé aglomeráty; neúčinné pro slinuté částice. |
| Kontrola čistoty / Riziko kontaminace |
Náročné: Riziko opotřebení od korálků/vložek. Vyžaduje vysoce čistá aluminová média a vložky, aby byla zachována „vysoká čistota“. |
Vynikající: Proces bez médií. Extrémně nízké riziko křížové kontaminace. |
Vynikající: Nejsou použita žádná brusná média. Snadno aplikovatelné polymerové nebo keramické obložení, aby se zabránilo nabírání kovu. |
Nejvyšší: Bezkontaktní metoda (nebo vysoce čistá titanová sonda); zajišťuje nulovou vnější kontaminaci. |
| Distribuce velikosti částic (PSD) |
Nejužší: Poskytuje nejvyšší úroveň jednotnosti velikosti částic. |
Úzký: Dobrá stejnoměrnost, zvláště u suspenzí s nízkou viskozitou. |
Relativně široká: Méně přesná kontrola nad distribucí jemného konce. |
Variabilní: Vysoce závislé na počátečním stavu a koncentraci prášku. |
| Typické aplikace |
Povlaky separátoru Li-ion baterie, špičkové leštící kaše CMP, elektronické pasty. |
Pokročilá jemná keramika, leštění polovodičových destiček, specializované tenkovrstvé povlaky. |
Plniva tepelného rozhraní, keramické prášky ve spreji, suché předzpracování surovin. |
R&D laboratorní odběr vzorků, přesné rozptýlení přísad, konečné odvzdušnění před použitím. |
