粉体的团聚对陶瓷产品的影响
编辑：转自：无机非金属材料科学
发布时间：2024-03-15
粉体的团聚是一个在陶瓷制备过程中常见的问题，它对陶瓷产品的性能和质量产生不良影响。团聚现象的发生主要是由于颗粒间的相互作用力，如范德华力，导致颗粒聚集成团。团聚体的形成会降低陶瓷粉体的流动性、分散性和烧结活性，进而影响陶瓷的烧结性能、机械性能和微观结构。
粉体的团聚对陶瓷产品的影响主要体现在以下几个方面：
1. 形态影响：团聚会导致陶瓷产品的坯体堆积密度降低和形态不均匀。这是因为团聚体内部颗粒间的空隙较大，使得整体堆积密度下降，同时团聚体的存在也会破坏陶瓷产品形态的均匀性。
2. 性能影响：团聚体会引入大量的缺陷和气孔，严重影响烧结体的致密度、强度、韧性和可靠性。团聚体内的颗粒之间结合力较弱，易导致烧结体在受力时发生断裂，从而降低产品的机械性能。此外，团聚体还可能影响陶瓷产品的热学性能、电学性能和光学性能等。
3. 烧结过程：团聚体会加速粉体在烧结过程中的二次再结晶，形成大的晶粒，使得陶瓷产品无法达到纳米尺寸要求，从而失去纳米陶瓷特有的性能。4. 收缩率与致密性：团聚体的大小、形状及分布状态等严重降低烧结体的收缩率和陶瓷部件的致密性和形态的均匀性。首先，团聚现象会导致陶瓷粉体中的颗粒不能有效地排列和接触，这就会使得陶瓷产品的烧结过程中的收缩率降低。烧结是一个在高温下通过颗粒间物质传输使得颗粒紧密结合的过程，团聚体的存在阻碍了颗粒间的直接接触和有效烧结，从而影响了烧结体的收缩。其次，团聚体内部颗粒间的空隙较大，这些空隙在烧结过程中难以完全消除，导致烧结体的致密度下降。致密度是衡量陶瓷产品性能的重要指标之一，致密度不足会直接影响陶瓷产品的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性等诸多性能。
5. 烧结温度：团聚体的存在会导致粉体的烧结活性降低，使得陶瓷产品需要更高的烧结温度才能完成烧结致密化过程。这是因为团聚体内部的颗粒间结合力较弱，需要在更高的温度下才能发生有效的物质传输和颗粒重排，从而实现烧结致密化。此外，团聚体内部的颗粒间空隙较大，这些空隙在烧结过程中需要消耗更多的能量才能被消除，这也需要提高烧结温度。因此，团聚体的存在会导致陶瓷产品的烧结温度范围变宽，烧结过程变得更加困难。团聚分为软团聚和硬团聚两种类型。软团聚是由颗粒间的静电吸引力或范德华力引起的，这种团聚体在受到外力作用时容易重新分散成单个颗粒。而硬团聚则是由颗粒间的化学键合或烧结颈形成的，这种团聚体较为稳定，难以通过简单的机械手段破碎。为了防止和减少陶瓷粉体的团聚，可以采取一系列措施。首先，在制备过程中，通过控制合适的pH值、温度、浓度等条件，使颗粒处于高分散状态。其次，加入适量的分散剂或电解质，通过吸附作用、胶团体作用和空间位阻效应来抑制团聚。此外，在制备过程中还可以采用特殊处理方法，如冷冻干燥法，以去除颗粒表面的杂质，减少团聚的发生。除了制备过程中的控制措施，还可以通过后续处理来消除团聚。例如，研磨处理可以通过机械力将团聚体破碎成较小的颗粒；超声波处理可以利用声波产生的空化效应和机械效应来破坏团聚体。此外，高温煅烧也是一种有效的消除团聚的方法，通过高温使团聚体中的化学键合或烧结颈断裂，从而得到分散性良好的陶瓷粉体。陶瓷粉体的团聚是一个需要关注的问题，通过合理的制备工艺和控制措施，可以有效减少团聚现象的发生，提高陶瓷产品的性能和质量。因此，为了制备高性能的陶瓷产品，防止粉体团聚现象的发生至关重要。
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