對于由多種粉體組成的混合漿料來說,它們的分散要困難得多,這是由于不同粉體的表面性質(zhì)互不相同,顆粒大小不同,穩(wěn)定存在的pH值范圍也各不相同,在液相中不僅同種顆粒間有作用力,不同顆粒間也存在相互作用力且更復雜。因此對分散單組分粉體適合的方法可能并不適合分散多組分粉體。
多組分粉體的分散一般從以下幾個方面入手:
①在保證每種粉體均能穩(wěn)定存在的條件下,選擇一個適宜的pH值范圍,在該范圍內(nèi)各種組分帶同號電荷,依靠靜電排斥作用實現(xiàn)多組分漿料的穩(wěn)定分散;
②加入一種能在幾種粉體表面發(fā)生較強吸附的分散劑,使每種粉體表面均帶相同電荷,并形成一定厚度的吸附層,依靠顆粒間的靜電位阻斥力來實現(xiàn)多組分體系的穩(wěn)定;
③對不同粉體進行表面改性,使其具有相近的表面化學特性,從而實現(xiàn)多組分體系的穩(wěn)定分散。
以下對上述三種方法分別進行介紹:
(1)靜電排斥穩(wěn)定
根據(jù)DLVO理論,在陶瓷粉體的水懸浮液中,通過調(diào)節(jié)pH值遠離等電點可以保持體系的穩(wěn)定。因此對多種粉體混合體系來說,從電位pH值曲線可以判斷pH值在什 么范圍內(nèi)的體系可以保持穩(wěn)定。例如,當pH值在4到7之間時,a-Al2O3與ZrQ2的混合粉體可以穩(wěn)定分散在水介質(zhì)中。而當pH>7時兩種粉體帶相反電荷,將會發(fā)生聚沉。最近的研究表明,通過控制體系的pH值,可以使SiC晶須均勻分散在Si3N4基體中。
(2)靜電位阻穩(wěn)定對多組分體系來說,各種組分的等電點位置不同,單靠靜電穩(wěn)定機理很難使其穩(wěn)定。有時很難找到一個適宜的pH值范圍。如果能選擇一種適宜的分散劑,使每種粉體表面均帶相同電荷,依靠顆粒間的靜電斥力和分散劑吸附層的位阻作用來實現(xiàn)多組分體系的穩(wěn)定是一種很好的方法,但前提是這種分散劑能在幾種粉體表面發(fā)生較強的吸附。Fagerholm HB等以平均分子量為10000的木質(zhì)磺酸鹽為分散劑分散了Si3N4與ZrO2的混合漿料。在pH=10時,兩種粉體吸附分散劑后均帶較強的負電荷,分散劑產(chǎn)生的靜電位阻作用,使混合漿料的流變性及分散性良好。組成為SiN4(68.4wt%)-ZrO2(31.6wt%)的混合漿料固含量可達37vol%。作者也曾用NH4PAA為分散劑,成功地制備了微米氧化鋁與納米氧化鋯的復合二元漿料,并進一步運用凝膠澆注成型的方法獲得了顯微結構均勻的陶瓷素坯。
(3)粉體表面改性
對很多粉體來說,選擇一種普遍適用的分散劑是不容易的。此時,可通過對不同粉體進行表面改性,使其具有相近的表面化學特性,從而實現(xiàn)多組分體系的穩(wěn)定分散。作者曾采用異質(zhì)絮凝法在碳納米管表面包覆一層A12O3,再將這種表面改性的粉體與大量Al2O3粉體混合,獲得了組分分布均勻的碳納米管/A12O3復合粉體具體方法是:先在碳納米管表面吸附聚乙烯亞胺(PEI)使之帶正電,另在Al2O3粉體表面吸附PAA使之帶負電,然后緩慢地將吸附了PAA的Al2O3粉體懸浮液加入吸附了PEI的CNTS懸浮液中,二者受靜電引力的作用互相吸引, Al2O3粉體均勻包裹在碳納米管的外壁。然后將這種包裹型粉體的懸浮液加入大量Al2O3粉體的懸浮液中,混合均勻后,固液分離,獲得摻雜0.1wt%碳納米管的Al2O3粉體。
將碳納米管/氧化鋁復合粉體進行放電等離子體燒結(SPS),1300℃燒結5min即可致密。碳納米管在Al2O3基體中分散十分均勻。某些碳納米管在材料斷裂的過程中保持完好,而另一些則在斷裂過程中被拉斷或從基體中被牽拉出,這種牽拉作用可以大大提高AI2O3基體的斷裂韌性。
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