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成型过程是陶瓷材料制备的关键步骤,它是降低陶瓷制备成本,提高工艺重复性和产品成品率的重要环节,近年来,随着超细粉体和湿法成型技术的应用,有效的抑制团聚、减少缺陷成为现代陶瓷产品产业化的主要途径。高固含量、低粘度稳定浆料的制备是湿法成型的基础,湿法成型技术本身在颗粒的分散、粉体表面的吸附性能、悬浮液的界面化学和流变性等方面需要深入的研究。
本文研究了在α AL2O3-H2O-PAA系统中,聚丙烯酸(PAA)作为分散剂在超微级氧化铝粉体表面的吸附性能,以及对稳定性有影响的相关因素,并研究了吸附途径对稳定性的影响。
研究PAA在超微级氧化铝粉体表面的吸附性能,主要是研究PAA在氧化铝粉体表面的吸附量,即其相应的影响因素,在测定吸附量的过程,着重研究了自动电位滴定法测定Al2O3-H2O-PAA系中PAA在超微氧化铝粉体表面的吸附量。实验表明:固体粉料中无机杂质离子和离心后清液中氧化铝胶体是影响测定结果的两个主要因素,杂质离子影响了滴定终点的判断,氧化铝胶体会引起测定结果的偏差。经过酸洗,除去了其中杂质离子,通过制作标准曲线,修正了氧化铝胶体的影响,并显著的校正了高浓度区PAA的吸附量,从等温线上读出PAA在氧化铝表面的饱和吸附量。
本文主要从机械搅拌过程的球磨机转速,分散剂在颗粒表面的吸附时间,Al2O3-H2O-PAA系统的电解质浓度、pH值、固含量;以及氧化铝的颗粒尺寸等几个方面对研究了对吸附量的影响因素。研究表明:饱和吸附量随着球磨机的转速增加而增加,当转速到达一定值时球磨机的转速对饱和吸附量不再有影响;分散剂在氧化铝颗粒表面的达到饱和吸附所需的时间与体系的pH值有相当的关系,当pH值增大时,达到饱和吸附的时间也相应增加;另一方面,本实验所用氧化铝的等电点是8.5,在pH值等于8.5时,分散剂的吸附量在一定范围内随着电解质浓度的增加而增加,在电解质浓度一定是,吸附量随着pH值的增加而降低,当体系的固含量在5%~15%时,吸附量随着固含量的增加而降低,在15%~45%时,随着固含量的增加,吸附量没有明显变化。同时,随着氧化铝颗粒尺寸的减低,表面能的增大,单位面积氧化铝表面对PAA的吸附量增加。
吸附量的改变主要取决颗粒表面的电动力学性能,吸附量的改变同时也改变表面的电动力学性能,从而影响颗粒之间的作用力和系统的稳定性,本研究用陶瓷浆体的流变性能来表征系统的稳定性,以相对最小粘度和最小应力为稳定性的最佳标准。研究发现:体系开始获得最小的粘度所需的最短时间,也是分散剂在粉体表面达到饱和吸附的最短时间。在pH8.5时,体系的粘度在一定范围内随着电解质浓度的增加而增加;同时,研究发现:获得最小粘度所需的PAA添加量的范围随着电解质浓度的增加、颗粒尺寸的增大、固含量的增加而变小。在不加任何分散剂的情况下,体系的粘度随着pH的增加而增加,在等电点pH8.5时达到峰值后体系的粘度随着pH值的增加而降低。当加入一定量的分散剂时,这种趋势刚好相反,在等电点时获得最小粘度。在相同的pH值下改变电解质浓度,体系粘度改变的幅度在酸性区间大于碱性区间,在等电点时,体系粘度随着电解质浓度改变的幅度最小。
通过改变PAA在氧化铝颗粒表面的吸附途径,可以在分散剂没有达到饱和吸附的情况下获得很好的稳定性。pH5.0的浆体,经过pH高于等电点的第一阶段的吸附后,浆体的稳定性显著提高。研究发现:这种稳定性改善的程度随第一阶段的pH值变化而变化,在pH值为10.0,改善效果最为明显;研究还显示在pH为10.0的第一阶段的吸附时间对稳定性改善的效果有相当的影响,当吸附时间大于12小时(pH10.0时PAA达到饱和吸附所用的时间)改善效果最为显著。研究结果还表明,随着体系固含量增加、电解质浓度降低和氧化铝粉体的粒径减小,稳定性改善的幅度增加。