陶瓷悬浮液的制备方法

2025-09-29 历史故事版权反馈

【摘要】：陶瓷悬浮液（浆料）是一种分散系。悬浮液分散质粒子直径大于100nm的分散系称为悬浮液，又称为浊液，例如墨汁、牛奶、泥浆水。制备陶瓷悬浮液（浆料）通常都需要分散剂，分散剂是促使颗粒材料均匀分散于介质中并形成稳定悬浮体的药剂。在陶瓷浆料中，除了陶瓷粉体和分散剂之外，通常还包括有机单体、聚合引发剂和溶剂等。Al2O3、ZrO2悬浮液的制备当pH＝10～11，分散剂的加入量为0.9％时陶瓷悬浮液的表观粘度呈现最低值。

陶瓷悬浮液（浆料）是一种分散系。所谓分散系是一种或几种物质的微粒分散到另一种物质里形成的混合物，其中，被分散的物质称为分散质，分散质分散在其中的物质称为分散剂。按照分散质粒子的大小可将分散系划分为以下几种：

（1）溶液（solution）

分散质粒子直径小于1nm的分散系称为溶液，例如食盐水、糖水。

（2）胶体（colloid）

分散质粒子直径在1～100nm之间的分散系称为胶体，例如淀粉胶体。

（3）悬浮液（suspension）

分散质粒子直径大于100nm的分散系称为悬浮液，又称为浊液，例如墨汁、牛奶、泥浆水（slurry，浆料）。

制备陶瓷悬浮液（浆料）通常都需要分散剂，分散剂是促使颗粒材料均匀分散于介质中并形成稳定悬浮体的药剂。分散剂可分为无机分散剂和有机分散剂两大类，常用的无机分散剂有硅酸盐类（例如水玻璃）和碱金属磷酸盐类（例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等）。常用有机分散剂有聚丙烯酸（PAA）、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等。

陶瓷生产中常用的传统分散剂有水玻璃、腐植酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、羧甲基纤维素钠（CMC）、柠檬酸钠和铵盐等，其价格较低，易购买，但用量大，稳定分散效果不佳。近年来，多采用新型有机聚电解质和超分散剂，例如PSE系列醇类聚合物、低分子量的聚丙烯酸（PAA）盐酯、聚甲基苯烯酸（PMAA）盐等衍生物、多元共聚物等，其水溶性好，分散性好，稳定性高，应用范围广，不易受强电解质的影响，在干燥和烧结过程中易于挥发，不会留下任何杂质和离子。

要制备稳定、流动性好的悬浮液（浆料），分散剂的选取、浓度和用量非常重要，当分散剂质量浓度很低时，颗粒表面未被分散剂有效覆盖，稳定分散性较差；增加分散剂的质量浓度有利于增加颗粒表面的覆盖率，使稳定分散性增强；但分散剂质量浓度过高时，颗粒表面的吸附量已达到饱和状态，过剩而游离的分散剂分子会在颗粒间架桥而导致絮凝，使稳定分散性变差。此外，pH和颗粒大小等对分散系和稳定性也有很大的影响。

在陶瓷浆料中，除了陶瓷粉体和分散剂之外，通常还包括有机单体、聚合引发剂和溶剂等。考虑环保和去除有机溶剂的问题，用水作溶剂更好。

制备用水作溶剂的陶瓷浆料时，较理想的有机单体有：丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、聚乙二醇单甲醚（甲基）丙烯酯和乙烯基吡咯酮。

以下是制备陶瓷悬浮液和浆料的一些实例：

（1）ZrO₂悬浮液的制备

采用0.05％（质量分数）的PEI（聚醚酰亚胺）作为分散剂，并加入0.1％（质量分数）的乙二醇作为消泡剂，用超声波处理所得ZrO₂悬浮液10min，然后搅拌1h，使ZrO₂颗粒在悬浮液能很好地分散。

（2）Al₂O₃、ZrO₂悬浮液的制备(https://www.chuimin.cn)

当pH＝10～11，分散剂的加入量为0.9％（质量分数）时陶瓷悬浮液的表观粘度呈现最低值。

（3）TiO₂悬浮液的制备

采用8％（质量分数）聚乙烯醇水溶液作分散剂，并加入0.8％（质量分数）的正庚醇作为消泡剂，以及1％（质量分数）的甘油作为增塑剂，再在室温下用磁力搅拌约5h。

（4）高固相含量陶瓷悬浮液的制备

高固相含量陶瓷悬浮液是一种具有低粘度、高分散、均匀稳定、固相含量高等性质的悬浮液，与普通悬浮液相比，粘度低（＜1Pa·s），固相含量高（体积分数可达55％）。

高固相含量陶瓷悬浮液是成形高性能陶瓷器件的关键，它既可以解决传统注浆成形中存在密度低、密度分布不均匀等问题，又可降低烧结温度，减少坯体变形和开裂，提高陶瓷器件的可靠性，从而有望获得大尺寸、形状复杂、接近无余量的高性能陶瓷器件。