粉體的團(tuán)聚對陶瓷產(chǎn)品的影響
編輯：轉(zhuǎn)自：無機(jī)非金屬材料科學(xué)
發(fā)布時間：2024-03-15
粉體的團(tuán)聚是一個在陶瓷制備過程中常見的問題，它對陶瓷產(chǎn)品的性能和質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生主要是由于顆粒間的相互作用力，如范德華力，導(dǎo)致顆粒聚集成團(tuán)。團(tuán)聚體的形成會降低陶瓷粉體的流動性、分散性和燒結(jié)活性，進(jìn)而影響陶瓷的燒結(jié)性能、機(jī)械性能和微觀結(jié)構(gòu)。
粉體的團(tuán)聚對陶瓷產(chǎn)品的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1. 形態(tài)影響：團(tuán)聚會導(dǎo)致陶瓷產(chǎn)品的坯體堆積密度降低和形態(tài)不均勻。這是因為團(tuán)聚體內(nèi)部顆粒間的空隙較大，使得整體堆積密度下降，同時團(tuán)聚體的存在也會破壞陶瓷產(chǎn)品形態(tài)的均勻性。
2. 性能影響：團(tuán)聚體會引入大量的缺陷和氣孔，嚴(yán)重影響燒結(jié)體的致密度、強(qiáng)度、韌性和可靠性。團(tuán)聚體內(nèi)的顆粒之間結(jié)合力較弱，易導(dǎo)致燒結(jié)體在受力時發(fā)生斷裂，從而降低產(chǎn)品的機(jī)械性能。此外，團(tuán)聚體還可能影響陶瓷產(chǎn)品的熱學(xué)性能、電學(xué)性能和光學(xué)性能等。
3. 燒結(jié)過程：團(tuán)聚體會加速粉體在燒結(jié)過程中的二次再結(jié)晶，形成大的晶粒，使得陶瓷產(chǎn)品無法達(dá)到納米尺寸要求，從而失去納米陶瓷特有的性能。4. 收縮率與致密性：團(tuán)聚體的大小、形狀及分布狀態(tài)等嚴(yán)重降低燒結(jié)體的收縮率和陶瓷部件的致密性和形態(tài)的均勻性。首先，團(tuán)聚現(xiàn)象會導(dǎo)致陶瓷粉體中的顆粒不能有效地排列和接觸，這就會使得陶瓷產(chǎn)品的燒結(jié)過程中的收縮率降低。燒結(jié)是一個在高溫下通過顆粒間物質(zhì)傳輸使得顆粒緊密結(jié)合的過程，團(tuán)聚體的存在阻礙了顆粒間的直接接觸和有效燒結(jié)，從而影響了燒結(jié)體的收縮。其次，團(tuán)聚體內(nèi)部顆粒間的空隙較大，這些空隙在燒結(jié)過程中難以完全消除，導(dǎo)致燒結(jié)體的致密度下降。致密度是衡量陶瓷產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)之一，致密度不足會直接影響陶瓷產(chǎn)品的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐腐蝕性等諸多性能。
5. 燒結(jié)溫度：團(tuán)聚體的存在會導(dǎo)致粉體的燒結(jié)活性降低，使得陶瓷產(chǎn)品需要更高的燒結(jié)溫度才能完成燒結(jié)致密化過程。這是因為團(tuán)聚體內(nèi)部的顆粒間結(jié)合力較弱，需要在更高的溫度下才能發(fā)生有效的物質(zhì)傳輸和顆粒重排，從而實現(xiàn)燒結(jié)致密化。此外，團(tuán)聚體內(nèi)部的顆粒間空隙較大，這些空隙在燒結(jié)過程中需要消耗更多的能量才能被消除，這也需要提高燒結(jié)溫度。因此，團(tuán)聚體的存在會導(dǎo)致陶瓷產(chǎn)品的燒結(jié)溫度范圍變寬，燒結(jié)過程變得更加困難。團(tuán)聚分為軟團(tuán)聚和硬團(tuán)聚兩種類型。軟團(tuán)聚是由顆粒間的靜電吸引力或范德華力引起的，這種團(tuán)聚體在受到外力作用時容易重新分散成單個顆粒。而硬團(tuán)聚則是由顆粒間的化學(xué)鍵合或燒結(jié)頸形成的，這種團(tuán)聚體較為穩(wěn)定，難以通過簡單的機(jī)械手段破碎。為了防止和減少陶瓷粉體的團(tuán)聚，可以采取一系列措施。首先，在制備過程中，通過控制合適的pH值、溫度、濃度等條件，使顆粒處于高分散狀態(tài)。其次，加入適量的分散劑或電解質(zhì)，通過吸附作用、膠團(tuán)體作用和空間位阻效應(yīng)來抑制團(tuán)聚。此外，在制備過程中還可以采用特殊處理方法，如冷凍干燥法，以去除顆粒表面的雜質(zhì)，減少團(tuán)聚的發(fā)生。除了制備過程中的控制措施，還可以通過后續(xù)處理來消除團(tuán)聚。例如，研磨處理可以通過機(jī)械力將團(tuán)聚體破碎成較小的顆粒；超聲波處理可以利用聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)來破壞團(tuán)聚體。此外，高溫煅燒也是一種有效的消除團(tuán)聚的方法，通過高溫使團(tuán)聚體中的化學(xué)鍵合或燒結(jié)頸斷裂，從而得到分散性良好的陶瓷粉體。陶瓷粉體的團(tuán)聚是一個需要關(guān)注的問題，通過合理的制備工藝和控制措施，可以有效減少團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，提高陶瓷產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。因此，為了制備高性能的陶瓷產(chǎn)品，防止粉體團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生至關(guān)重要。
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