2-陶瓷添加劑的功能及其作用機理

1、陶瓷添加劑定義和分類1.1定義：是指為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和效果而加入到配料中的少量和微量的試劑。隸屬于精細化工中的一個重要門類。對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)量和降低能耗將起著不容忽視的巨大作用。1.2分類一般分類方法：（1）按照添加劑的狀態(tài)：粉狀和液體狀；（2）按照使用功能：分散劑、增塑劑、助磨劑等；（3）按照使用領(lǐng)域：普通陶瓷添加劑和新型陶瓷添加劑。還可以按照化學(xué)組成：無機添加劑、有機添加劑、高分子添加劑；按照工藝條件：坯料用添加劑、成型添加劑、燒結(jié)用添加劑、釉料添加劑；成型工藝來分：澆筑成型添加劑、擠壓成型添加劑等。2、陶瓷的功能和作用2.1功能在陶瓷生產(chǎn)中主要起到提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，降低能耗?！み^程性添加劑改善加工條件，加快設(shè)備運行速率，簡化制備工藝，eg.分散劑、助燒劑?！すδ苄吞砑觿┘尤牒笫沟卯a(chǎn)品具備某種特殊的性能，eg.稀土改性添加劑、納米添加劑。2.2作用（1）分散作用1.固體顆粒在液體介質(zhì)中分散后形成的體系存在熱力學(xué)上不穩(wěn)定的特點，有團聚的趨勢，分散劑可以很好的阻止這種現(xiàn)象。2.分散作用原理分散機理靜電穩(wěn)定機理空間位阻穩(wěn)定機理靜電位阻穩(wěn)定機理竭盡穩(wěn)定作用a.靜電穩(wěn)定機理在固/液懸浮體系中，由于粒子表面電荷的存在，形成了雙電層結(jié)構(gòu)和Zeta電位。粒子間靜電斥力的大小取決于Zeta電位，而Zeta電位取決于粒子的表面電荷以及電荷密度，電荷密度越高，Zeta電位越高。無機分散劑（三聚磷酸鈉，焦磷酸鈉）電離成離子后吸附于顆粒表面，顆粒表面形成一種雙電層的結(jié)構(gòu)，使其表面電荷密度提高，通過表面同種電荷斥力作用，克服了顆粒間的范德華吸引力，實現(xiàn)分散效果。b.空間位阻穩(wěn)定機理空間位阻機理也稱為立體效應(yīng)或熵效應(yīng)，主要指顆粒表面上吸附了某些高分子化合物，粒子之間出現(xiàn)體積效應(yīng)，在一定程度上粒子失去自由活動的空間，相應(yīng)地降低其熵值，同時增加了粒子之間的相互排斥作用，使分散粒子的接觸受到空間障礙，保持了分散體系的穩(wěn)定性。空間位阻機理主要是對聚合物分散劑而言的，其優(yōu)越的性能取決于其結(jié)構(gòu)中特有的錨固基團和溶劑化鏈c.靜電位阻穩(wěn)定機理

將顆粒間靜電斥力和空間位阻兩種力量共同作用以獲得的穩(wěn)定稱為靜電空間位阻穩(wěn)定。粉體顆粒進入溶解有聚合物的溶液后，聚合物分子很快緊密吸附到顆粒表面，并形成穩(wěn)定的雙電層，顆粒相互靠近時既會受到雙電層間相互作用產(chǎn)生的靜電斥力，又會受到聚合物分子間的位阻作用，從而使顆粒處于一種平衡狀態(tài)。靜電位阻穩(wěn)定機制能夠防止已分散的粒子發(fā)生絮凝，最大程度的維持懸浮液的穩(wěn)定，也是性能優(yōu)良的分散劑的主要分散機制。而且在制備高固含量的懸浮液時，靜電位阻穩(wěn)定是最有效的途徑之一。d.竭盡穩(wěn)定作用

非離子型聚合物沒有吸附在固體顆粒表面，它只是以一定的濃度游離分散在顆粒周圍的懸浮液中，顆?；ハ嗫拷酆衔锓肿訌膬深w表面區(qū)域，即竭盡區(qū)域有規(guī)律的在介質(zhì)中重新分布。

（2）懸浮穩(wěn)定作用一些不溶于水或者微溶于水的固體顆粒可以借助某些陶瓷添加劑，比較均勻的分散于液態(tài)介質(zhì)中，形成一種顆粒細小的高懸浮、能流動的穩(wěn)定液固體系，起到改善料漿懸浮穩(wěn)定性的作用。類似于分散劑，不過分散劑主要用于漿料中；懸浮穩(wěn)定劑主要在釉料中。陶瓷釉料懸浮體系中，顆粒/液珠間主要存在三種相互作用力：a.范德華引力b.顆粒表面的雙電層相互作用產(chǎn)生的斥力；c.由顆粒表面吸附了高分子化合物或者表面活性劑而形成的所謂空間相互作用產(chǎn)生的斥力。（3）助磨作用是具有助磨作用的陶瓷添加劑的統(tǒng)稱。能夠：提高研磨效率加快破碎的速度具有一定的分散作用，改變漿料的流變學(xué)特征2.助磨的原理吸附降低硬度學(xué)說助磨劑在顆粒上的吸附降低了顆粒表面的自由能或者引起近表面層晶格的位錯遷移，產(chǎn)生點缺陷或者線缺陷，降低顆粒的強度和硬度。礦漿流變學(xué)調(diào)節(jié)學(xué)說類似分散劑，改善物料的流變學(xué)特征和顆粒表面的電性質(zhì)，降低釉料的粘度，提高流動性，促進顆粒的分散，阻止顆粒之間、顆粒與研磨介質(zhì)之間及襯板之間的團聚和粘附，提高物料連續(xù)通過磨機的速度，改善研磨介質(zhì)的粉磨作用。粗磨細磨產(chǎn)品助磨劑能降低破碎能；增加脆性斷裂概率以防止塑性變形。阻止細顆粒的絮凝和再次聚集/強化分散；調(diào)節(jié)講題的流變特性。高效、節(jié)能的粉磨效果（4）增強作用足夠長的高分子鏈聚合物在陶瓷顆粒表面架橋，產(chǎn)生交聯(lián)作用。有機高分子包裹顆粒表面，形成氫鍵增強結(jié)合。（5）黏結(jié)作用減少顆粒之間的摩擦，增加可塑性和黏結(jié)性，提高生坯的強度。陶瓷顆粒表面的高分子聚合物或者表面活性劑，能夠打破粘合劑與陶瓷物料鏈條間的界面，形成牢固的過渡區(qū)，使得整個體系能夠均布各種應(yīng)力，增加強度。脊性原料較多的坯體強度差時常用。（6）助燒作用降低燒結(jié)溫度，達到節(jié)能提質(zhì)的目標。與燒結(jié)相形成固溶體增加結(jié)構(gòu)缺陷，有利于離子擴散，降低燒結(jié)溫度阻止晶型轉(zhuǎn)變有些氧化物煅燒過程中容易發(fā)生體積變化導(dǎo)致坯體開裂，帶來致密化困難，合適的添加劑能抑制。抑制晶粒長大對二次結(jié)晶或間斷性晶粒長大過快具有抑制，帶來制品的顯微結(jié)構(gòu)更加致密。產(chǎn)生液相形成液相可以降低燒結(jié)溫度。合適的液相能夠增加顆粒重排和傳質(zhì)過程。燒結(jié)溫度范圍加入適當?shù)耐饧觿┛梢栽黾訜Y(jié)溫度的范圍，有利于燒結(jié)制度的控制過渡液相燒結(jié)降低燒結(jié)溫度并提高性能低熔點的添加物可以在燒結(jié)過程中較低溫時候先形成液相促進燒結(jié)，后期可以作為最終相進入主相摻雜改性，低熔點物質(zhì)的雙重效應(yīng)。（7）減水作用是為了在陶瓷壓力注漿成型過程中提高泥漿的脫水性能，改善陶瓷料漿性能，使得料漿在低的用水量下具有適當?shù)恼扯取⒘鲃有?、和高固相含量。含水量減少又能生產(chǎn)的好處：干縮降低石膏的吸水率降低模型的干燥時間降低生產(chǎn)效率提高靜電斥力泥漿水化后，離子間的范德華力以及泥漿主要礦物等都會帶有不同電荷而絮凝減水劑中的負離子會吸附在正電荷表面，而形成靜電斥力空間位阻泥漿顆粒表面呈現(xiàn)出各種的吸附形態(tài)形成的空間位阻作用主要是取決于分子結(jié)構(gòu)、吸附的形態(tài)和吸附厚度潤濕潤濕對顆粒的表面擴散有很好的促進。潤滑微粒的表面會形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜。（8）消泡作用氣泡的再分布氣泡膜的減薄氣泡膜的破裂泡沫在料漿或者釉料中，屬于非勻相體系。會帶來燒結(jié)和產(chǎn)品的缺陷。自然狀態(tài)下的泡沫消除過程需要經(jīng)歷以下三個步驟：時間太過漫長，所以我們需要借助化學(xué)手段，增加特殊的化學(xué)物質(zhì)，以達到快速的減少或者消除泡沫的目的?；瘜W(xué)反應(yīng)法發(fā)泡劑之間發(fā)生反應(yīng)或者使其溶解；形成難溶鹽類，使得泡沫破裂。降低膜強度法降低膜的表面黏度造成局部張力差異作為消泡劑的物質(zhì)必須具備的條件：基本不溶于起泡劑液比起泡液具有更低的表面張力容易分散在起泡液中而不是溶解具有良好的化學(xué)惰性（9）著色作用用于陶瓷著色的材料稱為陶瓷著色劑，通常是無機化合物，只有無機顏料才能在高溫下燒結(jié)而不發(fā)生分解，并且與基質(zhì)釉料融為一體。晶體著色理論如鐵紅的紅色源自氧配位多面體中的氧離子和過渡金屬元素鐵離子間的電荷轉(zhuǎn)移。離子著色理論對于某些金屬元素離子而言，他們的能量較高，不穩(wěn)定，只要少量的能量就能激發(fā)，能吸收可見光。Co2+能吸收橙、黃色和部分綠光，而呈現(xiàn)帶紫的藍色膠態(tài)著色理論膠態(tài)金屬以及無機非金屬膠體粒子，對于金屬膠體，吸收光譜和著色色調(diào)決定于粒子尺寸大小。對于無機非金屬取決于化學(xué)組成。（10）偶聯(lián)作用

偶聯(lián)劑是一類具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們分子中的一部分基團可與無機表面的化學(xué)基團反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合；另一部分基團則有親有機物的性質(zhì)，可與有機分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或產(chǎn)生較強的分子間作用，從而將兩種性質(zhì)截然不同的材料牢固地結(jié)合起來，改善無機填料在聚合物基體中的分散狀態(tài)，提高填充聚合物材料的力學(xué)性能和使用性能。白炭黑被偶聯(lián)劑改性后接觸角測定實驗化學(xué)鍵理論認為偶聯(lián)劑是一種化學(xué)官能團，與其他物質(zhì)之間形成質(zhì)子作用，形成共價鍵，在無機相和有機相之間橋梁搭接，導(dǎo)致界面結(jié)合加強。浸潤效應(yīng)和表面能理論如果能夠在表面完全浸潤，可以達到表面吸附能高于其黏結(jié)強度?？勺冃卫碚撔纬傻闹虚g層是一種可變形層，能夠松弛應(yīng)力，阻止裂紋擴展，改善界面強度。拘束層理論與可變形理論相對，偶聯(lián)劑除了與填料表面產(chǎn)生粘合，還會與界面上的聚合物緊密連接。（11）潤滑作用

是通過潤濕粉料顆粒表面，降低顆粒之間的動、靜摩擦系數(shù)，在顆粒表面形成疏水基向外的反向吸附，增大彼此間的潤滑性，從而減少阻力，提高顆粒間的流動性；在干壓成型、半干壓成型、熱壓成型、擠出成型等工藝尤其重要。表面張力小，易于鋪開熱穩(wěn)定性好，不會因為溫度而失去防黏性質(zhì)揮發(fā)性小，沸點高，不會揮發(fā)失效黏度高，吸附模具的能力強分子的烴鏈要長，易于