工艺讲学041005工艺－

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1、陶瓷材料成型工艺研究（二）刘杏芹中国科学技术大学，材料科学与工程系高性能陶瓷对成型技术的要求坯体密度密度均匀性坯体强度坯体内应力重复性理想的成型技术成型能力坯体性能产业化能力不同尺寸横截面复杂形状近净尺寸大尺寸可控性工艺设备六）湿法成型（高分子辅助成型）高分子辅助成型工艺的研究已逐渐成为高性能陶瓷材料制备科学研究的主流1）添加剂在制备陶瓷时，必须加入添加剂，使其具有在成型过程中的分散性，流动性，可塑性，以及保持形状性等（1）添加剂名称液体－溶剂（水，非水，有机溶剂）表面活性剂（润湿剂）抗凝聚（抗絮凝）剂/凝聚（絮凝）剂粘合剂（凝聚、胶凝

2、剂）增塑剂润滑剂发泡剂/抗发泡剂真菌剂/杀真菌剂除了溶剂外，其它添加剂加量少，一般后期加，而且产品中不能出现（即能烧掉）(2)溶液(溶剂)1.作用：湿润陶瓷粒子；给体系中盐,化合物,聚合物等提供溶剂；给粒子提供粘合的介质；悬浮液液体2.种类：水溶剂，非水溶剂3.水溶剂：水是常用液体，纯水含有极性分子H2O，H3O＋、OH－离子，pH＝7，20°C时导电率为0.055m/cm。♣实际的水中含有Ca＋2、Mg＋2、CO3－2等，在使用时应该过滤、蒸馏、离子交换等方法除去。♣纯水中溶解的固体的总量（TotelDissolvedSolid）可

3、用此时溶液的电导率求得。(2)溶液(溶剂)1.作用：湿润陶瓷粒子,给体系中盐,化合物,聚合物等提供溶剂;给粒子提供粘合的介质;悬浮液液体2.种类：水溶剂，非水溶剂3.水溶剂：水是常用液体，纯水含有极性分子H2O，H3O＋、OH－离子，pH＝7，20°C时导电率为0.055m/cm。♣实际的水中含有Ca＋2、Mg＋2、CO3－2等，在使用时应该过滤、蒸馏、离子交换等方法除去。♣纯水中溶解的固体的总量（TotelDissolvedSolid）可用此时溶液的电导率求得。C是测得的含有固体时的溶液的电导率；2.5是一般离子化的固体在水样品中的

4、平均电导率。♣如果是试剂级的水，应该有低于5.0m/cm；要求更高的水，其电导率应低于1.0m/cm♣水是极性液体，有高介电常数和高表面张力。是极性或离子型化合物的极好溶剂；水和包含有－OH和－COOH基团的物质形成氢键所以，这些物质分子不太大时，也可溶于水。♣极性水和氧化物靠近时，可被物理或化学吸附在氧化物粒子表面干燥氧化物表面HHHHHHHHH物理吸附化学吸附MO(Surface)+H2OMO-H2O(物理吸附)MO(Surface)+H2O2MOH(化学吸附)包含有－OH和－COOH的液体也可被化学吸附在氧化物表面上。化学水

5、和的证明可通过红外吸附、吸附－解吸的动力学热行为证明。4.非水溶剂当①物质和水反应②分散或干燥成为问题等情况下，就不得不用非水溶液，像：乙醇、液体石蜡等，作为悬浮液或溶剂使用。♣作为溶剂的有机物要有合适的“闪点”（Flash，可燃或气化的最低温度)才可用，要足够高，才可保证安全工作范围。缺点：易燃、有毒，污染环境，价格相对贵♣因是非极性分子，较水有低的表面张力和介电常数。低表面张力有利于固体（粒子）的润湿；可溶解非极性分子物质（有机物）；♣选择有机液体时，要根据需要选择其有高沸点（流延成型，印刷浆料等）或有低沸点（需要快速除去时）。（3

6、）表面活性剂是湿法成型中的一种重要的添加剂,加到溶液中可以降低溶液的表面张力；或优先吸附到固体表面，降低固液界面张力，从而达到使粒子分散的作用。分子结构极性（亲水）分子具有2个端点非极性（疏水，或说亲油）主要基团：极性（亲水基）（－OH），（－COOH），（－NH4＋）（－NH2），（－SO3-），（－CH2CH2O－),非极性（疏水基或亲油基）（－CH3），（－C2H5）（－CxHy－),亲水基表面活性剂可用符号：疏水基表面活性剂种类:负离子性：C17H35COO-NH4+离子性，离化（C3H7)2C10H5SO3-Na+正

7、离子性：［C12H25N(CH3)3]＋Cl-负离子的广泛用于陶瓷工程，而正离子性的有毒，要慎用表示非离子性,溶解在溶液中不离化C9H19(C6H4)O(CH2CH2O)10H,C13H27O(CH2CH2O)12H表面活性剂的作用:WaterWaterWaterWater吸附在极性溶液（水）表面，降低其高表面张力γLV，降低湿润角，改善悬浮固体粒子的润湿，促进分散疏水基疏水基亲水基亲水基吸附在极性溶液（水）中固体粒子的表面，降低界面γSL（固、液）张力，改善悬浮固体粒子的润湿，促进分散吸附在非极性溶液中固体粒子的表面，靠位阻

8、改善固体粒子的分散性离子性分散剂吸附在溶液中固体粒子的表面，通过增加粒子荷电增加粒子之间的斥力达到分散目的下面是分散剂的分子结构：如果是油和水混合，机械混合后静止，又会分成两层。加入表面活性剂，降低界面