Evaluation of oxygen content on silicon nitride powder surface from the measurement of the isoelectric point

Abstract

The oxygen content associated to the surface of silicon nitride powder particles was characterized using a method which is based on the measurement of the specific surface area and the isoelectric point in aqueous solution. From the dissociation model of hydrolyzed surface groups a linear dependence between the fraction of silanol groups (SiOH) and the pH of the isoelectric point is predicted, which was confirmed by electrophoretic measurements of various commercial silicon nitride powders. The proposed method provides rapid information on the particle surface composition, which is of particular relevance for colloidal processing of silicon nitride powders. Der mit der Oberfläche von Si3N4-Pulvern korrelierte Sauerstoffgehalt dieser Pulver wurde mittels eines Verfahrens bestimmt, das auf der Messung der spezifischen Oberfläche und des isoelektrischen Punktes in wässriger Lösung beruht. Aus dem Dissoziationsmodell hydrolysierter Gruppen an der Oberfläche läßt sich eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Anteil der Silanol-Gruppen (SiOH) und dem pH-Wert des isoelektrischen Punktes ableiten. Diese Überlegung konnte durch Elektrophoresemessungen an verschiedenen kommerziellen Si3N4-Pulvern bestätigt werden. Dieses Verfahren erlaubt rasche Rückschlüsse über die Zusammensetzung der Teilchenoberfläche, was speziell bei einer kolloidalen Verfahrenstechnik im Fall von Si3N4-Pulvern von Bedeutung ist. On a caractérisé la teneur en oxygène présent à la surface de poudres de nitrure de silicium par une méthode basée sur la mesure de la surface spécifique et du point isoélectrique dans des solutions aqueuses. A partir du modèle de dissociation des groupes de surface hydrolysés, on peut prévoir une dépendance linéaire entre le taux de groupes silanol (SiOH) et le pH du point isoélectrique; ceci a été confirmé par des mesures électrophorétiques efectuées sur différentes poudres commerciales de nitrure de silicium. La méthode proposée permet l'accès rapide à des informations relatives à la composition surfaçique des particules, ce qui est d'un grand intérêt dans le cas du traitement colloïdal des poudres de nitrure de silicium.