Lý do cốt lõi tại sao xử lý bề mặt là cần thiết cho độ tinh khiết cao Subicronbột vi lượng alumina(thường có kích thước hạt từ 100nm đến 1 μm) là diện tích bề mặt riêng khổng lồ của nó dẫn đến năng lượng bề mặt cực cao. Đặc tính vật lý này khiến nó biểu hiện 'tác dụng phụ' nghiêm trọng ở trạng thái không được điều trị. Bột vi lượng alumina có độ tinh khiết cao Submicron dễ bị kết tụ do kích thước hạt nhỏ, diện tích bề mặt riêng lớn và năng lượng bề mặt cao, đây là một vấn đề phổ biến trong ứng dụng của nó. Để giải quyết vấn đề này, cần xem xét toàn diện ba chiều vật lý, hóa học và công nghệ và chọn giải pháp khử polyme phù hợp nhất.
Đây là phương tiện cốt lõi để giải quyết vấn đề kết tụ, nhằm thay đổi tính chất bề mặt của bột thông qua các phương pháp hóa học hoặc vật lý, làm giảm năng lượng bề mặt của chúng hoặc tạo ra lực đẩy giữa các hạt.
① Chất liên kết silane, chất liên kết este titan, chất liên kết este nhôm, v.v ... là những lựa chọn thường được sử dụng. Chúng có thể phản ứng với các nhóm hydroxyl trên bề mặt alumina để tạo thành lớp phân tử hữu cơ, cải thiện khả năng tương thích và khả năng phân tán của chúng trong các hệ thống hữu cơ. Khi lựa chọn cần chú ý đến hoạt tính thủy phân và tốc độ ngưng tụ của chất ghép để tránh làm trầm trọng thêm tình trạng kết tụ do “cầu nối” giữa các hạt do phản ứng quá nhanh.
② Hệ thống nước phân tán polymer: Các chất phân tán anion như natri polyacrylate và natri hexametaphosphate được ưu tiên, tạo ra lực đẩy tĩnh điện (hiệu ứng hai lớp) thông qua quá trình ion hóa để ổn định sự phân tán. Hệ thống pha dầu/dung môi hữu cơ: Chọn chất phân tán có nhóm alkyl chuỗi dài, chẳng hạn như este photphat, natri oleate hoặc copolyme khối trọng lượng phân tử cao, chủ yếu ngăn chặn các hạt tiếp cận thông qua hiệu ứng cản trở không gian.
③ Lớp phủ vô cơ sử dụng phương pháp sol gel để phủ lên bề mặt các hạt alumina một lớp nano SiO ₂ và các oxit khác để tạo thành một rào cản vật lý, ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp giữa các hạt một cách hiệu quả.
Lượng chất phân tán hoặc chất liên kết được thêm vào thường là 0,5% -3% khối lượng bột. Liều lượng không đủ không thể bao phủ hoàn toàn bề mặt của các hạt, trong khi liều lượng quá mức có thể dẫn đến sự hấp phụ nhiều lớp hoặc tăng độ nhớt của hệ thống, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất. Đề nghị xác định liều lượng tối ưu thông qua các thí nghiệm quy mô nhỏ.
Trên cơ sở biến đổi bề mặt, kết hợp với các quá trình vật lý thích hợp, các cốt liệu hình thành có thể được phân tán một cách hiệu quả.
① Phân tán siêu âm sử dụng "hiệu ứng tạo bọt" do sóng siêu âm trong chất lỏng tạo ra để tạo thành lực tác động cục bộ mạnh, có thể phá vỡ các cốt liệu mềm một cách hiệu quả. Thích hợp cho việc phân tán bùn trong phòng thí nghiệm hoặc mẻ nhỏ, cần tính đến việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình xử lý để tránh quá nóng.
② Nghiền bi/nghiền cát năng lượng cao mở ra mạnh mẽ các chất kết tụ thông qua va chạm, cắt và ma sát giữa môi trường nghiền (chẳng hạn như bi zirconia) và bột. Phương pháp này có hiệu quả cao nhưng đòi hỏi phải tối ưu hóa tốc độ, tỷ lệ bi/vật liệu và thời gian để tránh mài quá mức gây ra tạp chất hoặc làm hỏng hình thái hạt.
Sấy khô là một bước quan trọng dẫn đến sự kết tụ thứ cấp. Trong quá trình sấy truyền thống, lực mao dẫn được tạo ra bởi sự bay hơi của hơi ẩm sẽ kéo chặt các hạt lại với nhau.
① Sấy đông trước tiên sẽ đông cứng huyền phù chứa bột thành trạng thái rắn, sau đó làm thăng hoa trực tiếp đá trong môi trường chân không. Quá trình này hoàn toàn tránh được việc tạo ra các cầu chất lỏng và lực mao dẫn, đồng thời là một trong những phương pháp sấy khô tốt nhất để ngăn chặn sự kết tụ cứng và thu được bột rời.
② Sấy phun có thể thu được các hạt hình cầu có tính lưu động tốt bằng cách phun sương và làm khô nhanh chóng. Cần phải kiểm soát chính xác các thông số như nhiệt độ không khí đầu vào và tốc độ nguyên tử hóa, đồng thời có thể thêm trước các chất phân tán vào bùn để hỗ trợ.
Sau đây là các phương pháp được kỹ thuật viên SAT NANO DANA khuyên dùng dựa trên phương pháp và thiết bị sản xuất của công ty.
| Kích thước |
Phay hạt ướt |
Đồng nhất hóa áp suất cao (HPH) |
Phay phản lực (Quy trình khô) |
siêu âm |
| Nguyên tắc làm việc |
Lực cắt và lực tác động từ vật liệu nghiền (ví dụ: hạt zirconia/alumina). |
Giảm áp suất tức thời, tác động tốc độ cao và tạo bọt. |
Va chạm giữa các hạt tốc độ cao được điều khiển bởi khí nén. |
Sóng xung kích cục bộ và tia siêu nhỏ được tạo ra bởi hiện tượng xâm thực âm thanh. |
| Khả năng khử kết tụ |
Cực chất: Có khả năng phá vỡ cả chất kết tụ mềm và chất kết tụ cứng một phần (cổ thiêu kết). |
Mạnh: Hiệu quả cao đối với các chất kết tụ mềm và tinh chế các cụm có kích thước nhỏ hơn micron. |
Trung bình: Chủ yếu được sử dụng để bẻ các cụm thô ở dạng bột khô. |
Thấp đến Trung bình: Chỉ có hiệu quả đối với các chất kết tụ mềm/yếu; không hiệu quả đối với các hạt thiêu kết. |
| Kiểm soát độ tinh khiết/Rủi ro ô nhiễm |
Thách thức: Nguy cơ mài mòn từ hạt/lớp lót. Yêu cầu vật liệu và lớp lót alumina có độ tinh khiết cao để duy trì "Độ tinh khiết cao". |
Tuyệt vời: Quá trình không có phương tiện truyền thông. Nguy cơ lây nhiễm chéo cực kỳ thấp. |
Tuyệt vời: Không sử dụng phương tiện mài. Dễ dàng áp dụng lớp lót polymer hoặc gốm để ngăn chặn sự bám dính của kim loại. |
Cao nhất: Phương pháp không tiếp xúc (hoặc đầu dò titan có độ tinh khiết cao); đảm bảo không gây ô nhiễm bên ngoài. |
| Phân bố kích thước hạt (PSD) |
Hẹp nhất: Cung cấp mức độ đồng đều kích thước hạt cao nhất. |
Hẹp: Độ đồng đều tốt, đặc biệt đối với các loại vữa có độ nhớt thấp. |
Tương đối rộng: Kiểm soát kém chính xác hơn đối với phân phối cấp cao. |
Có thể thay đổi: Phụ thuộc nhiều vào trạng thái ban đầu và nồng độ của bột. |
| Ứng dụng điển hình |
Lớp phủ tách pin Li-ion, chất đánh bóng CMP cao cấp, bột nhão điện tử. |
Gốm sứ cao cấp, đánh bóng wafer bán dẫn, lớp phủ màng mỏng chuyên dụng. |
Chất độn giao diện nhiệt, bột phun gốm, tiền xử lý khô nguyên liệu thô. |
Lấy mẫu ở quy mô phòng thí nghiệm R&D, phân tán phụ gia chính xác, khử khí cuối cùng trước khi sử dụng. |
