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超细粉体在陶瓷材料领域的应用,极大的推动了高技术陶瓷材料的发展。湿法工艺在改善陶瓷材料性能方面的独特优势,已使其成为高技术陶瓷材料最常用的生产工艺。湿法工艺对悬浮液的稳定性有很高的要求。悬浮液的稳定性不仅影响到素坯的密实度、素坯的烧结性能而且直接影响着陶瓷材料的最终性能。
在悬浮体系中加入分散剂是控制其稳定性的重要手段之一。高聚物或聚电解质分散剂在颗粒表面的吸附,所产生的静电斥力和位阻斥力效应在改善颗粒表面状态的同时,对悬浮液的絮凝现象及以素坯的密实度均具有很强的控制作用。
本文以α-Al2O3-H2O-PAA浆料为研究体系,采用流变性,沉降等手段评价浆料的分散稳定性能,系统地研究了一些重要参数对浆料分散稳定性能的影响。研究结果表明:
分散剂添加量对粉体颗粒表面的电学性能和浆料的流变性有很大的影响。氧化铝粉体在pH为8.5时,其ζ电位为零。添加阴离子型的聚电解质分散剂(PAA),粉体表面的负电荷密度增加,粉体的零电点向低pH方向移动。零电点时,其pH值为3.5左右。
制备具有较低粘度的浆料存在着最佳分散剂添加量。pH为6.5,固含量为20%的浆料,所有稳定的浆料均具有较低的粘度,而且在分散剂添加量为1.6wt%-4.0wt%的范围内,浆料的粘度变化甚微。但是随着固含量提高,分散剂有效有量范围变窄。高含量浆料,分散剂添加量大于或小于有效添加量,其粘度均有显著的增加,表明浆料的稳定性降低。
对于给定PAA添加量的浆料,随着pH值的提高,浆料稳定性改善。浆料稳定所需分散剂添加量随pH值的提高而降低。固含量超过50%的浆料,即使在最佳PAA添加量下,浆料pH值的不同,其粘度值也显著不同。以PAA为分散剂制备高固含量α-Al2O3浆料的最佳pH值为8.5。
无机电解质对分散剂的最佳添加量有一定的影响,但其影响的程度与浆料的pH值有关。同酸性浆料相比,碱性浆料的最佳分散剂添加量对电解质尤为敏感。
研究发现,温度对影响浆料体系稳定性有很大的影响。当浆料体系中所添加的分散剂量不足以使固体颗粒表面达到饱和吸附时,温度提高,浆料的稳定性降低。然而在适量PAA存在的前提下,温度升高,高固含量浆料的粘度将显著地降低。