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