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纳米陶瓷粉体的物理分散方法的优缺点

来源:www.glhongcheng.com  作者:桂林鸿程 时间2015-11-25 09:28

与传统陶瓷相比,纳米陶瓷大幅度地提高了制品的性能,纳米粉体的引入及其分散技术显得尤为重要。将纳米颗粒均匀分散或将纳米颗粒分散到微米陶瓷颗粒基体中制备成纳米陶瓷或纳米微米复相陶瓷材料,可以改善和提高材料的力学性能,同时也能降低陶瓷的烧结温度。对于纳米陶瓷及纳米微米复相陶瓷材料,粉体的均匀分散是获得具有较好显微结构和性能的陶瓷制品的基础,纳米粉体的分散技术成为研究和制作纳米陶瓷材料的关键技术。 

纳米陶瓷粉体的分散一般发生在液相之中,颗粒在液体中分散过程包括以下三个步骤:颗粒在液体中的润湿——颗粒团聚体在机械力作用下被分开成独立的原生粒子或较小的团聚体——将原生粒子或较小团聚体稳定,阻止再发生团聚。

固体颗粒在液相中的分散,本质上受固体颗粒与液相介质的润湿作用和在液相中颗粒间的相互作用两者所控制。根据分散介质的不同,分散体系可分为水性体系和非水性体系。纳米陶瓷或纳米微米复相陶瓷材料在制作过程中主要采用水性体系进行分散,是以水为分散介质的一种分散方法。本文将向大家介绍纳米陶瓷粉体的物理分散方法的优缺点。

1、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,是最常用的一种超细粉体分散方法。但无论采取何种球磨方式都存在着一些缺点,最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,磨损的物质进入料浆中成为杂质,这些杂质将不可避免地对浆料的纯度及其后成品的性能产生影响。尽管采用与纳米粉料同质的研磨球体和磨筒衬里,但由于其基本状态和纯度与纳米粉料存在差异,仍会对浆料产生不良影响。另外,球磨过程是一个复杂的物理化学过程,球磨的过程不仅可以使颗粒变细,而且通过球磨可能会改变粉体的物理化学性质,例如:可提高粉末的表面能,增加晶格不完整性,形成表面无定形层。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,但它的缺点是在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,因此分散后如何彻底消除整个体系内的泡沫是该种分散方法的一个难题。 

2、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[17]。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。 

超声波分散的效果与超声波的频率和功率有关,不同粒度的粉体对应不同的最适宜的超声波频率。粉体粒度越小,超声分散所需频率越大。粒度增加,其频率相应降低。超声功率越大分散效果越佳。因此,在选择超声波仪器时,一定要选择功力大的棒式超声仪器,而不能选择小功率的用于清洗的超声仪器。在超声分散时,要控制好料浆温度不宜过高,防止随温度的升高,颗粒碰撞的几率也增加,可能会进一步加剧团聚。为避免料浆过热可采取间歇式分散和用空气或水进行冷却的方法。 

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;超声波对极细小的微粒,其分散效果并不理想,因为超声波分散使颗粒共振加速运动,颗粒碰撞能量增加,可能导致团聚,而且由于其能耗大,大规模使用在经济上还存在许多问题。

纳米颗粒分散技术是新兴边缘科学,因纳米粒子具有自发团聚的趋势,而团聚的存在又将大大影响纳米粉体优势的发挥,影响到产品的最终性能,因此如何改善纳米粉体在液相介质中的分散和稳定性是十分重要的课题,纳米材料的分散技术已成为纳米陶瓷材料发展的技术瓶颈。所以,对于纳米材料分散剂的系统研究、制备和应用开发,是纳米陶瓷材料研究的一项重要课题。

 

 

 


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