特種陶瓷行業(yè)中，粉體是不可或缺的重要原材料。隨著陶瓷性能指標(biāo)的不斷提高，粉體也不斷朝著更細(xì)、更勻的方向發(fā)展。近年來，納米粉的應(yīng)用已是大勢(shì)所趨。然而，更細(xì)的粉體同時(shí)也帶來了更多的“煩惱”，比如團(tuán)聚問題。

TiO₂納米粉體

粉體團(tuán)聚問題往往是由顆粒間引力、電荷引力、機(jī)械咬合力等因素導(dǎo)致的；而且，當(dāng)粉體表面存在吸附水等液體時(shí)，顆粒間會(huì)產(chǎn)生明顯的毛細(xì)管力，通過收縮作用使顆粒緊緊團(tuán)抱在一起。“解鈴還須系鈴人”，事實(shí)上，粉體與液體間不僅有“團(tuán)聚之緣”，更有“解聚之緣”。它們的不解之緣，全集結(jié)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(duì)象是漿料，液體占比一般在30%以上，具有較好的流動(dòng)性，可填充模具的各個(gè)角落；擠壓成型、軋膜成型的對(duì)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(duì)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(jié)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(rùn)濕現(xiàn)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(jù)比例不同形成造粒粉、胚體和漿料三種狀態(tài)。其實(shí)，造粒粉利用的就是讓人又愛又恨的“團(tuán)聚之緣”。粉體與液體的緣分，實(shí)則源于“潤(rùn)濕現(xiàn)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(dāng)θ＜90°時(shí)，液體能潤(rùn)濕粉體，喜結(jié)良緣；當(dāng)θ＞90°時(shí)，粉體“憎惡”液體，不能潤(rùn)濕。對(duì)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(rùn)濕現(xiàn)象（左邊不潤(rùn)濕、右邊潤(rùn)濕）

當(dāng)粉體顆粒被液體潤(rùn)濕后，根據(jù)顆粒間液體量的大小，可形成四種類型的液相態(tài)：①擺動(dòng)狀態(tài)——顆粒接觸點(diǎn)存在液相，液相不相連；②鏈索狀態(tài)——液相連成網(wǎng)狀，氣孔分布其間；③毛細(xì)管狀態(tài)——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(tài)——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(dòng)狀態(tài)，小顆粒利用液橋力“團(tuán)聚”成大顆粒；塑性成型的坯體屬于鏈索狀態(tài)或毛細(xì)管狀態(tài)，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(tài)，粉體顆粒在液體介質(zhì)中均勻分散，而后干燥成型。

3 粉體在液體介質(zhì)中的分散與調(diào)控

粉體與液體的緣分，其實(shí)更多體現(xiàn)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(wěn)定性。

粉體在液體介質(zhì)中的分散與其表面狀態(tài)和潤(rùn)濕狀態(tài)有關(guān)，包括三個(gè)步驟：①粉體團(tuán)聚體被液體潤(rùn)濕；②團(tuán)聚體在機(jī)械力作用下被打開成獨(dú)立的原生顆粒或較小的團(tuán)聚體；③穩(wěn)定原生顆粒或小團(tuán)聚體，阻止其再次團(tuán)聚。在工藝上，可通過介質(zhì)調(diào)控、分散劑調(diào)控、機(jī)械攪拌調(diào)控和超聲調(diào)控四種途徑來改善粉體在液體中的分散狀態(tài)。

粉體在液體中的分散調(diào)控方式

4 小結(jié)

粉體與液體的緣分，既可以“團(tuán)聚造粒”，又可以“解聚分散”，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于特種陶瓷成型工藝中，并將持續(xù)影響特種陶瓷的性能提升和應(yīng)用拓展。

粉體圈 作者王京