特種陶瓷行業中，粉體是不可或缺的重要原材料。隨著陶瓷性能指標的不斷提高，粉體也不斷朝著更細、更勻的方向發展。近年來，納米粉的應用已是大勢所趨。然而，更細的粉體同時也帶來了更多的“煩惱”，比如團聚問題。

TiO₂納米粉體

粉體團聚問題往往是由顆粒間引力、電荷引力、機械咬合力等因素導致的；而且，當粉體表面存在吸附水等液體時，顆粒間會產生明顯的毛細管力，通過收縮作用使顆粒緊緊團抱在一起。“解鈴還須系鈴人”，事實上，粉體與液體間不僅有“團聚之緣”，更有“解聚之緣”。它們的不解之緣，全集結在成型工藝之中。

1 特種陶瓷成型工藝介紹

特種陶瓷一般采用純度極高的氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等微納米粉體作為主要原料，成型方式已匯總于下表中。其中，注漿成型、熱壓鑄成型和流延成型的對象是漿料，液體占比一般在30%以上，具有較好的流動性，可填充模具的各個角落；擠壓成型、軋膜成型的對象是坯料，液體占比一般在10%-30%之間，塑性較好，成型后幾乎不變形；干壓成型和等靜壓成型的對象是造粒粉，液體占比一般低于10%，依靠壓力提高造粒粉的堆積密度，燒結收縮小。

特種陶瓷成型工藝匯總

軋膜成型示意圖

等靜壓成型示意圖

2 粉體與液體的“潤濕現象”

在特種陶瓷成型工藝中，均離不開“粉體”與“液體”兩位主角的身影。此二者如影隨形，并根據比例不同形成造粒粉、胚體和漿料三種狀態。其實，造粒粉利用的就是讓人又愛又恨的“團聚之緣”。粉體與液體的緣分，實則源于“潤濕現象”。

如同人世間的感情一樣，粉體和液體的緣分也分“喜”和“惡”，可用楊氏方程的接觸角θ來度量：當θ＜90°時，液體能潤濕粉體，喜結良緣；當θ＞90°時，粉體“憎惡”液體，不能潤濕。對于成型工藝而言，自然希望粉體和液體能夠相親相愛，家和萬事興嘛！

潤濕現象（左邊不潤濕、右邊潤濕）

當粉體顆粒被液體潤濕后，根據顆粒間液體量的大小，可形成四種類型的液相態：①擺動狀態——顆粒接觸點存在液相，液相不相連；②鏈索狀態——液相連成網狀，氣孔分布其間；③毛細管狀態——液體充滿顆粒間所有空隙，僅粉體層表面存在氣液界面；④浸漬狀態——顆粒群浸在液體中，存在自由液面。

模壓成型的造粒粉屬于擺動狀態，小顆粒利用液橋力“團聚”成大顆粒；塑性成型的坯體屬于鏈索狀態或毛細管狀態，成型后能夠克服自重影響而不變形；注漿成型的漿料屬于浸漬狀態，粉體顆粒在液體介質中均勻分散，而后干燥成型。

3 粉體在液體介質中的分散與調控

粉體與液體的緣分，其實更多體現在“解聚之緣”上，即粉體在液體中解聚、分散，以提高特種陶瓷的均一性和穩定性。

粉體在液體介質中的分散與其表面狀態和潤濕狀態有關，包括三個步驟：①粉體團聚體被液體潤濕；②團聚體在機械力作用下被打開成獨立的原生顆粒或較小的團聚體；③穩定原生顆粒或小團聚體，阻止其再次團聚。在工藝上，可通過介質調控、分散劑調控、機械攪拌調控和超聲調控四種途徑來改善粉體在液體中的分散狀態。

粉體在液體中的分散調控方式

4 小結

粉體與液體的緣分，既可以“團聚造粒”，又可以“解聚分散”，現已被廣泛應用于特種陶瓷成型工藝中，并將持續影響特種陶瓷的性能提升和應用拓展。

粉體圈 作者王京