工艺讲学041005工艺-2.ppt
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1、陶瓷材料成型工艺研究,(二) 刘 杏芹 中国科学技术大学,材料科学与工程系,高性能陶瓷对成型技术的要求,坯体密度,密度均匀性,坯体强度,坯体 内应力,重复性,理想的成型技术,成型能力,坯体性能,产业化能力,不同尺寸横截面,复杂形状,近净尺寸,大尺寸,可控性,工艺设备,六)湿法成型(高分子辅助成型) 高分子辅助成型工艺的研究已逐渐成为高性能陶瓷材料制备科学研究的主流 1)添加剂 在制备陶瓷时,必须加入添加剂,使其具有在成型过程中的分散性,流动性,可塑性,以及保持形状性等,(1)添加剂名称 液体溶剂 (水,非水,有机溶剂) 表面活性剂(润湿剂) 抗凝聚(抗絮凝)剂/凝聚(絮凝)剂 粘合剂 (凝聚、
2、胶凝剂) 增塑剂 润滑剂 发泡剂/抗发泡剂 真菌剂/杀真菌剂 除了溶剂外,其它添加剂加量少,一般后期加,而且产品中不能出现(即能烧掉),(2)溶液(溶剂) 1.作用:湿润陶瓷粒子;给体系中盐,化合物,聚合物等提供溶剂;给粒子提供粘合的介质;悬浮液液体 2.种类:水溶剂,非水溶剂 3.水溶剂:水是常用液体,纯水含有极性分子H2O, H3O、OH离子,pH7,20C时导电率为0.055m/cm。 实际的水中含有Ca2、Mg2、CO32等,在使用 时应该过滤、蒸馏、离子交换等方法除去。 纯水中溶解的固体的总量(Totel Dissolved Solid) 可用此时溶液的电导率求得。,(2)溶液(溶剂
3、) 1.作用:湿润陶瓷粒子,给体系中盐,化合物,聚合物等提供溶剂;给粒子提供粘合的介质;悬浮液液体 2.种类:水溶剂,非水溶剂 3.水溶剂:水是常用液体,纯水含有极性分子H2O, H3O、OH离子,pH7,20C时导电率为0.055m/cm。 实际的水中含有Ca2、Mg2、CO32等,在使用 时应该过滤、蒸馏、离子交换等方法除去。 纯水中溶解的固体的总量(Totel Dissolved Solid) 可用此时溶液的电导率求得。,C是测得的含有固体时的溶液的电导率;2.5是一般 离子化的固体在水样品中的平均电导率。 如果是试剂级的水,应该有低于5.0 m/cm;要求 更高的水,其电导率应低于1.
4、0 m/cm 水是极性液体,有高介电常数和高表面张力。是 极性或离子型化合物的极好溶剂; 水和包含有OH和COOH基团的物质形成氢键,所以,这些物质分子不太大时,也可溶于水。 极性水和氧化物靠近时,可被物理或化学吸附在氧化 物粒子表面,干燥氧化物表面,H,H,H,H,H,H,H,H,H,物理吸附,化学吸附,MO(Surface)+H2O MO-H2O (物理吸附) MO(Surface)+H2O 2MOH (化学吸附),包含有OH和COOH的液体也可被化学吸附在氧化物表面上。 化学水和的证明可通过红外吸附、吸附解吸的动力学热行为证明。 4.非水溶剂 当物质和水反应 分散或干燥成为问题等情况下,
5、 就不得不用非水溶液,像:乙醇、液体石蜡等,作为 悬浮液或溶剂使用。 作为溶剂的有机物要有合适的“闪点”(Flash,可燃 或气化的最低温度)才可用,要足够高,才可保证安,全工作范围。 缺点:易燃、有毒,污染环境,价格相对贵 因是非极性分子,较水有低的表面张力和介电常数。 低表面张力有利于固体(粒子)的润湿; 可溶解非极性分子物质(有机物); 选择有机液体时,要根据需要选择其有高沸点(流延 成型,印刷浆料等)或有低沸点(需要快速除去时)。,(3)表面活性剂 是湿法成型中的一种重要的添加剂,加到溶液中可以降 低溶液的表面张力;或优先吸附到固体表面,降低固 液界面张力,从而达到使粒子分散的作用。
6、分子结构 极性(亲水) 分子具有2个端点 非极性(疏水,或说亲油) 主要基团:极性(亲水基)(OH),(COOH), ( NH4 ) (NH2 ),(SO3- ), (CH2CH2O),非极性 (疏水基或亲油基)(CH3 ),(C2H5 ) (C x H y) , 亲水基 表面活性剂可用符号: 疏水基 表面活性剂种类: 负离子性:C17H35COO-NH4+ 离子性,离化 (C3H7)2C10H5SO3- Na+ 正离子性:C12H25N(CH3)3Cl- 负离子的广泛用于陶瓷工程,而正离子性的有毒,要 慎用,表示, 非离子性, 溶解在溶液中不离化 C9H19(C6H4)O(CH2CH2O)1
7、0H, C13H27O(CH2CH2O)12H 表面活性剂的作用: Water Water Water Water 吸附在极性溶液(水)表面,降低其高表面张力LV, 降低湿润角,改善悬浮固体粒子的润湿,促进分散,疏水基,疏水基,亲水基,亲水基,吸附在极性溶液(水)中固体粒子的表面,降低 界面SL (固、液)张力,改善悬浮固体粒子的 润湿,促进分散 吸附在非极性溶液中固体粒子的表面,靠位阻改 善固体粒子的分散性 离子性分散剂吸附在溶液中固体粒子的表面,通 过增加粒子荷电增加粒子之间的斥力达到分散目的 下面是分散剂的分子结构:,如果是油和水混合,机械混合后静止,又会分成两层。加入表面活性剂,降低界
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