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多组分粉体的分散方法及介绍
-2020-09-21-

对于由多种粉体组成的混合浆料来说,它们的分散要困难得多,这是由于不同粉体的表面性质互不相同,颗粒大小不同,稳定存在的pH值范围也各不相同,在液相中不仅同种颗粒间有作用力,不同颗粒间也存在相互作用力且更复杂。因此对分散单组分粉体适合的方法可能并不适合分散多组分粉体。

多组分粉体的分散一般从以下几个方面入手:

①在保证每种粉体均能稳定存在的条件下,选择一个适宜的pH值范围,在该范围内各种组分带同号电荷,依靠静电排斥作用实现多组分浆料的稳定分散;

②加入一种能在几种粉体表面发生较强吸附的分散剂,使每种粉体表面均带相同电荷,并形成一定厚度的吸附层,依靠颗粒间的静电位阻斥力来实现多组分体系的稳定;

③对不同粉体进行表面改性,使其具有相近的表面化学特性,从而实现多组分体系的稳定分散。

以下对上述三种方法分别进行介绍:

(1)静电排斥稳定

根据DLVO理论,在陶瓷粉体的水悬浮液中,通过调节pH值远离等电点可以保持体系的稳定。因此对多种粉体混合体系来说,从电位pH值曲线可以判断pH值在什 么范围内的体系可以保持稳定。例如,当pH值在4到7之间时,a-Al2O3与ZrQ2的混合粉体可以稳定分散在水介质中。而当pH>7时两种粉体带相反电荷,将会发生聚沉。最近的研究表明,通过控制体系的pH值,可以使SiC晶须均匀分散在Si3N4基体中。

(2)静电位阻稳定对多组分体系来说,各种组分的等电点位置不同,单靠静电稳定机理很难使其稳定。有时很难找到一个适宜的pH值范围。如果能选择一种适宜的分散剂,使每种粉体表面均带相同电荷,依靠颗粒间的静电斥力和分散剂吸附层的位阻作用来实现多组分体系的稳定是一种很好的方法,但前提是这种分散剂能在几种粉体表面发生较强的吸附。Fagerholm HB等以平均分子量为10000的木质磺酸盐为分散剂分散了Si3N4与ZrO2的混合浆料。在pH=10时,两种粉体吸附分散剂后均带较强的负电荷,分散剂产生的静电位阻作用,使混合浆料的流变性及分散性良好。组成为SiN4(68.4wt%)-ZrO2(31.6wt%)的混合浆料固含量可达37vol%。作者也曾用NH4PAA为分散剂,成功地制备了微米氧化铝与纳米氧化锆的复合二元浆料,并进一步运用凝胶浇注成型的方法获得了显微结构均匀的陶瓷素坯。

(3)粉体表面改性

对很多粉体来说,选择一种普遍适用的分散剂是不容易的。此时,可通过对不同粉体进行表面改性,使其具有相近的表面化学特性,从而实现多组分体系的稳定分散。作者曾采用异质絮凝法在碳纳米管表面包覆一层A12O3,再将这种表面改性的粉体与大量Al2O3粉体混合,获得了组分分布均匀的碳纳米管/A12O3复合粉体具体方法是:先在碳纳米管表面吸附聚乙烯亚胺(PEI)使之带正电,另在Al2O3粉体表面吸附PAA使之带负电,然后缓慢地将吸附了PAA的Al2O3粉体悬浮液加入吸附了PEI的CNTS悬浮液中,二者受静电引力的作用互相吸引, Al2O3粉体均匀包裹在碳纳米管的外壁。然后将这种包裹型粉体的悬浮液加入大量Al2O3粉体的悬浮液中,混合均匀后,固液分离,获得掺杂0.1wt%碳纳米管的Al2O3粉体。

将碳纳米管/氧化铝复合粉体进行放电等离子体烧结(SPS),1300℃烧结5min即可致密。碳纳米管在Al2O3基体中分散十分均匀。某些碳纳米管在材料断裂的过程中保持完好,而另一些则在断裂过程中被拉断或从基体中被牵拉出,这种牵拉作用可以大大提高AI2O3基体的断裂韧性。