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纳米陶瓷粉体的分散研究

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纳米陶瓷粉体的分散研究

发布日期:2019-05-05 作者: 点击:

纳米陶瓷具有优良性能的前提是纳米颗粒堆积均匀,烧结收缩一致,晶粒均匀长大,但是由于纳米粉体颗粒细小、颗粒间存在着较强的结合力,如静电力、范德华力、毛细管力、机械咬合力等,使纳米粉体存在团聚度高、流动性差等特点,严重影响了粉体的成型性能,进而导致陶瓷材料的性能下降。因此,纳米陶瓷粉体的分散研究就变得尤为重要。

物理分散法

01 机械分散法

机械分散属于物理分散方法,是借助外界剪切力或撞击力等机械能使纳米粒子在介质中充分分散的一种方法。机械分散法一般采用普通球磨、搅拌磨、行星磨和 剪切式高速搅拌器等方式进行。 

其中,普通球磨、研磨效率较低,常用于已分散的料浆经搁置后的二次分散。搅拌磨、行星磨研磨效率高,简单易行,是Z常用的一种分散超细粉体的方法。但球磨Z大的缺点是在研磨过程中,由于球与球、球与筒、球与料以及料与筒之间的撞击、研磨,使球磨筒和球本身被磨损,磨损的物质进人料浆中成为杂质,这些杂质会对浆料的纯度及其后成品的性能产生影响。另外,球磨可能会改变粉体的物理化学性质。因此,球磨分散方法会给料浆带来一定的影响,分散时要控制好分散的时间。

剪切式高速搅拌器,虽然分散效果好,但它分散的过程中会导致大量的空气裹入体系中,在高速剪切力的作用下,使整个料浆呈泡沫状。

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02 超声波分散法

超声波分散是一种强度很高的物理分散手段,是把所需处理的颗粒悬浮液直接置于超声场中,控制恰当的超声波频率及作用时间致使颗粒充分分散。利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流等,弱化微粒间的微粒作用能,可有效地防止微粒的团聚。

超声波用于微粒悬浮夜的分散,虽然效果很好,但存在的问题是:一旦停止超声波振荡,仍有可能使微粒再度团聚;超声波处理一定时间后,颗粒的粒度不能再进一步减小,继续处理也会重新引起颗粒的团聚;且超声波对极细小的颗粒微粒分散效果并不理想。

化学分散法

纳米陶瓷粉体的化学分散机制主要包括双电层(静电)稳定机制、空间位阻稳定机制和静电位阻稳定机制。

01 双电层(静电)稳定机制

静电稳定是指通过调节pH值和外加电解质等方法,使颗粒表面电荷增加,形成双电层,通过Zeta电位增加使颗粒产生静电斥力,实现体系的稳定。体系的稳定是通过范德华引力能与双电层斥力能的平衡来实现的。两颗粒间总作用势能VT=VwA+VER式中,VT为两粒子总势能;VwA为范德华引力势能;VER为双电层排斥力能。

空间位阻稳定是通过添加高分子聚合物,聚合物分子的锚固基团吸附在固体颗粒表面,其溶剂化链在介质中充分伸展,形成位阻层,充当稳定部分,阻碍颗粒的碰撞聚集和重力沉降。

产生空间位阻稳定效应必需满足以下条件:(1)锚固基团在颗粒表面,覆盖率较高且发生强吸附,这种吸附可以是物理吸附也可以是化学吸附;(2)溶剂化链充分伸展,形变形成一定厚度的吸附位阻层,通常保持颗粒间距大于10-20nm。

03 静电位阻稳定机制

静电位阻稳定是固体颗粒表面吸附了一层带电较强的聚合物分子层,带电的聚合物分子层既能通过本身所带电荷排斥周围粒子,又用位阻效应组织布朗运动的粒子靠近,产生复合稳定效应,其中静电电荷主要来源为颗粒表面净电荷、外加电解质和锚固基团是聚电解质。颗粒在距离较远时,双电层产生斥力,静电主导;颗粒在距离较近时,空间位阻阻止颗粒靠近。

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