水基al2o3莫来石胶体系统流变性能研究

水基AL2O3/莫来石胶体系统流变性能研究内容摘要本文以二元胶体系统水基AL2O3/莫来石为研究对象，通过对AL2O3/莫来石二元陶瓷悬浮液在不同PH值，固相体积分数等因素影响下流变性能的分析，及对其本质方面的透彻研究，深入了解二元体系分散稳定性机理关键词流变性能；PH值；固含量水基AL2O3/莫来石胶体系统流变性能研究20世纪初陶瓷步入工业应用领域后,与金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。陶瓷材料是以离子键及共价键为主要结合力的非金属材料,具备许多其它材料不具备的优点。例如,硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等特性,因此在许多领域中得到广泛的应用。陶瓷粉体超细化,是高性能陶瓷粉体合成的趋势,但由于粉体颗粒尺寸小,颗粒表面存在大量的不饱和键,表面活性很大,再加上颗粒间的范德瓦尔力、静电力及悬浮液中溶剂的表面张力等都将使颗粒产生团聚,颗粒的团聚将影响粉体的均匀性,使超细粉体的优势难以发挥,且还会影响到粉体的成型和烧结过程,使制备的材料产生空洞和各种缺陷,从而大大降低材料的力学和电学性能。因此在陶瓷成型工艺中，分散均匀、稳定性好的悬浮液是获得微观结构均匀、无缺陷的坯体1,进而提高材料的烧结性能和材料力学性能的关键2。目前,各种湿法成型及胶态成型其关键技术是陶瓷料浆的制备,要求料浆在相关的操作条件下是分散完全均匀的稳定体系3。当前，对于单元胶体系统稳定性的理论研究已经较为普遍，但二元或更多元系统的研究鲜有报道。而实际生产应用中的系统多为多元体系，实验研究与实际应用存在严重脱节的问题。因此，课题着重对该方面作一些必要的补充。一、实验（一）实验原料及实验仪器原料山东AL2O3，粒径为微米；莫来石原料，在原粒径3微米的基础上经过行星式球磨机球磨33H后，再烘干磨成粉末后，粒径为173微米；PH调节剂为盐酸、氨水。仪器（二）实验方法与步骤以AL2O3/莫来石系统为研究对象，测定两种粉体在整个PH范围内的ZETA电位，选取其中几个具有代表性的PH值点进行陶瓷悬浮体系流变性能研究，并且改变两种粉体的固相体积分数，与现存的单元系统理论（如DLVO理论）比较，找到其异同点，确定多元系统良好分散的影响因素，对工艺过程建立指导意义。二、结果与讨论（一）AL2O3和莫来石两种粉体在整个PH范围内的ZETA电位图1时陈娇娇等分别对AL2O3和莫来石在整个PH范围内ZETA电位的测量。由图可知，在整个PH范围内，莫来石都是负电位，在PH812较稳定。对于AL2O3，PH在8到9之间达到等电点，PH小于8时，带正电，与带负电的MULLITE粒子相互吸引，易于沉降；PH大于9时，带负电，与MULLITE粒子相互排斥。由此，可推测，由AL2O3和MULLITE组成的二元系统在碱性条件下更稳定，更有利于分散均匀。图1AL2O3和莫来石在整个PH范围内的ZETA电位（二）PH值对水基AL2O3/莫来石胶体系统流变性能的影响根据对AL2O3和莫来石ZETA电位的分析，选取几个适当的PH值进行胶体系统流变性能的研究。图2为PH5、7、8、9、10、11时单元AL2O3、单元莫来石和68101200510VISCOITY/PASPHSHEARTE489S1MULITE25VOLA2O3LITEALO31WTAL2O3/莫来石二元系统的粘度及对比。图2PH值对单独莫来石、单独AL2O3和二元系统粘度的影响固相体积分数为25的AL2O3/莫来石二元胶体系统，在碱性状态下，其粘度处于单元MULLITE和单元AL2O3之间。这是由于AL2O3的等电点在8和9之间，而莫来石在碱性状态下较稳定，二元系统也趋于稳定。以上可以用更直观的图进行表示，如图3所示。二元胶体系统的粘度总体趋势在一元莫来石和一元AL2O3之间，在PH为80时，粘度达到最大，此时莫来石颗粒处于较稳定态，AL2O3趋于等电点；当PH8后，粘度逐渐减小，因为此时二元系统带同种电荷相互排斥，不易于沉降。在PH70时，莫来石的粘度突降至最低，有待于实验进一步考察和验证。246810121480640202406MULITEAL2O3PHZETAPOTNIALMV02015VISCOITY/PASSHEARTE/S1PH80MULITE25VOLAO3LITALO31WT02015PH90VISCOITY/PASSHEARTE/S1MULITE25VOLA2O3LITALO31WT图3PH对莫来石，AL2O3及莫来石和AL2O3固含量25的粘度的影响D4898S1（三）固含量的影响不同配比的水基AL2O3与莫来石对胶体系统流变性也会产生一定的影响。图为在PH5时，在不同转速下固含量为25和35的粘度。其总体趋势都是逐渐下降，25的固含量明显小于35的固含量。015030012VISCOITY/PASSHEARTE/S1PH52VOL3LPH53VOLPH52VOL200501015VISCOITY/PASSHEARTE/S1MULITE25VOLAO3LITALO31WTPH500200510VISCOITY/PASSHEARTE/S1PH70MULITE25VOLA2O3LITALO31WT02501VISCOITY/PASSHEART/S1PH10MULITE25VOLAO3LITALO31WT025015VISCOITY/PASSHEARTE/S1PH10MULITE25VOLAO3LITALO31WT图4不同固含量对水基AL2O3/莫来石胶体系统流动性的影响二、总结关于分散系统的稳定性理论，涉及到许多表面化学及胶体化学的因素，要想真正深人地理解分散系统的稳定机理，必须对表面化学及胶体化学有一定的了解。一元系统的研究已经很成熟，包括对PH、固含量、分散剂的添加等等。相对于一元系统，二元系统的AL2O3/莫来石胶体系统更贴合实际实验中遇到的情况，深入地研究PH值、固相体积分数等对陶瓷浆料粘度的影响机理,对陶瓷工艺加工过程起到指导意义。参考文献1BRIANJOPTIMISINGTHEDISPERSIONONANALUMINASUSPENSIONUSINGCOMMERCIALPOLYVALENTELECTROLYTEDISPERSANTSJJOURNALOFEURCERAMSOC,199812214121472FREDFLANGEPOWDERPROCESSINGSCIENCEANDTECHNOLOGYFORINCREASEDRELIABILITYJJAMCERAMSOC,1989,7213153陈礼永,袁继祖陶瓷浆料稳定机理的研究J中国陶瓷,1995,（3）134郑忠，胡记华等胶体稳定性M广州广州科技出版社5李登好,郭露村吸附途径对AL2O3H2OPAA悬浮液流变性影响J无机材料学报,2004,19，49469526李登好,郭露村AL2O3H2O聚丙烯酸悬浮液分散稳定性研究J硅酸盐通报,2004,0180847CESARANOJ,AKSAYLA,BLEIERASTABILITYOFAQUEOUSAL2O3SUSPENSIONSWITHPOLYMETHACRYLICACIDPOLYELECTROLYTEJJAMCERAMSOC,1988,7142502558BIGGSS,HEALYTWELECTROSTERICSTABILIZATIONOFCOLLOIDALZIRCONIAWITHLOWMOLECULARWEIGHTPOLYACRYLICACIDJJCHEMSOCFARADAYTRANS,1994,9022341534219MARRAJ,HAIRMLFORCESBETWEENTWOPOLY2VINYLPYRIDINECOVEREDSURFACESASAFUNCTIONOFIONICSTRENGTHANDPOLYMERCHARGEJJPHYSCHEM,1988,926044605110HACKLEYVCOLLOIDALPROCESSINGOFSI3N4WITHPAAADSORPTIONANDELECTROSTATICINTERACTIONSJJAMCERAMSOC,1997,8092315232511BLAAKMEERJ,BOHMERMR,STUARTMA,ETALADSORPTIONOFWEAKPOLYELECTROLYTESONHIGHLYCHARGEDSURFACESPOLYACRYLICACIDONPOLYSTYRENELATEXWITHSTRONGCATIONICGROUPSJMACROMOLECULES,1990,232301230912BOHMERMR,EVERSOA,SCHEUTJENSJMWEAKPOLYELECTROLYTESBETWEENTWOSU