粉體的表面修飾與表面包覆方法的研究_劉波.pdf

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1、DOI:10.13958/j.cnki.ztcg.2004.01.012中國(guó)陶瓷工業(yè)CHINACERAMICINDUSTRY2004年02月第11卷第1期Feb.2004Vol.11,No.1文章編號(hào):1006-2874(2004)01-0050-05粉體的表面修飾與表面包覆方法的研究1121劉波莊志強(qiáng)劉勇王悅輝(1.華南理工大學(xué)材料學(xué)院,廣州:510640,2.順德協(xié)力電子元件有限公司,528308)摘要通過粉體的表面修飾與表面包覆以改善粉體的分散性,粉體的表面性質(zhì)乃至改變粉體的相結(jié)構(gòu)和性質(zhì),已經(jīng)成為超細(xì)與納米粉體制備和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。本文介紹了陶瓷粉體的各種表面修飾、粉體包覆的方法、基本

2、原理、特點(diǎn),詳細(xì)討論了液相化學(xué)包覆技術(shù)。關(guān)鍵詞陶瓷粉體,表面修飾,表面包覆,分散性,表面改性+中圖分類號(hào):TQ174.758.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A或化學(xué)作用將改性雜質(zhì)包覆于超細(xì)粉體顆粒的外表面,形成1前言核—?dú)そY(jié)構(gòu)。即被研究的粉體作為核,改性雜質(zhì)作為殼成分(如圖1(b)所示)。對(duì)于幾何尺寸在納米級(jí)范圍內(nèi)的粉體,表粉體的團(tuán)聚與分散問題已經(jīng)成為制備與發(fā)展陶瓷超細(xì)/面包覆往往可以達(dá)到嚴(yán)格控制材料的化學(xué)計(jì)量和相結(jié)構(gòu)的效納米粉體的瓶頸。單相粉體往往難能滿足高技術(shù)陶瓷與功能果。功能陶瓷材料目前正在朝著多功能化和高性能化的方向陶瓷發(fā)展的需要,因此,人們開展了超細(xì)粉體的表面修飾、表發(fā)展。在突破材料的應(yīng)用局限性過

3、程中涌現(xiàn)了納米技術(shù)與納面改性乃至利用表面包覆技術(shù)改變材料的相結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研米材料,給材料科學(xué)和技術(shù)賦予了新的研究熱點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)究。近年來(lái),這些方面,尤其是在超細(xì)和納米粉體的制備與應(yīng)增長(zhǎng)點(diǎn)。顯然,表面修飾與表面包覆技術(shù)就顯得更加重要了。用方面,取得了很大的發(fā)展。由于超細(xì)粉體的大比表面積效應(yīng),使粉體的團(tuán)聚成為超細(xì)與納米粉體制備過程的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。粉體的表面修飾是解決超細(xì)粉體團(tuán)聚的一種最重要的途徑。粉體的表面修飾主要是改善粉體的表面化學(xué)與物理特性,在提高粉體在介質(zhì)中的分散性、降低粉體的團(tuán)聚程度的同時(shí),賦予材料新的特性。表面包覆方法已經(jīng)在熒光材料、磁性材料等的表面改性和體材改性方面取得了很好的成效。

4、該方圖1摻雜改性示意圖法主要是通過有機(jī)表面活性劑,改變粉體分散體系中氣液、固Fig.1Sketchmapofdopingmodification液界面張力,在粉體表面形成一定厚度的吸附層或單層膜,來(lái)改變粉體的表面特性或賦予粉體新的性質(zhì)。同時(shí),通過這種方法降低顆粒的表面能,使粉體超細(xì)顆粒相互分離,達(dá)到分散2粉體的表面修飾〔1-2〕效果,有利于提高粉體的活性,改善其耐久性。材料的改性效果在很大程度上取決于改性組分在被研究為了實(shí)現(xiàn)良好的表面修飾效果,用于改性的有機(jī)物應(yīng)該〔3〕的粉體中的均勻分散性。傳統(tǒng)的陶瓷制備方法是將配方粉與顆粒達(dá)到最大程度的潤(rùn)濕,即形成均勻致密的包覆層,這主體經(jīng)過球磨、混和、成

5、型和燒結(jié)而成。但是由于這種方法很難要依賴于有機(jī)改性劑在顆粒表面的物理和化學(xué)吸附作用。其達(dá)到成分間的均勻混和,化學(xué)計(jì)量和相結(jié)構(gòu)難以控制(見圖1中物理吸附主要通過改性劑與顆粒之間通過范德華力、靜電-a)所示。因此,人們利用粉體的表面包覆方法對(duì)粉體進(jìn)行引力等物理作用;化學(xué)吸附主要是利用顆粒外表面的官能團(tuán)表面改性或改變粉體的組成和相結(jié)構(gòu)。例如,通過機(jī)械作用與改性劑間的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)表面活性劑對(duì)顆粒的表面包覆,收稿日期:2003-09-20資助項(xiàng)目:廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):020951)2004年第1期中國(guó)陶瓷工業(yè)51作者簡(jiǎn)介:劉波,男,博士生這是粉體表面修飾研究的主要內(nèi)容。由于用于改性的有機(jī)

6、物超細(xì)粉體核—?dú)そY(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)陶瓷材料性能的改善調(diào)節(jié)。種類繁多、官能團(tuán)結(jié)構(gòu)各異,其吸附機(jī)制以及吸附層的結(jié)構(gòu)非3.2核—?dú)そY(jié)構(gòu)在燒結(jié)過程中的演變常復(fù)雜。其吸附量以及吸附作用的強(qiáng)弱通常與粉體的表面性當(dāng)改性雜質(zhì)為燒結(jié)助劑時(shí),經(jīng)過包裹,一般形成無(wú)定型殼質(zhì),改性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及溫度、介質(zhì)性質(zhì)(如體系的pH值、層,在燒結(jié)過程中無(wú)定形殼層容易轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?完全浸潤(rùn)粉體無(wú)機(jī)鹽的添加)等因素有關(guān),更多的是一些經(jīng)驗(yàn)性的規(guī)律。顆粒,加快了傳質(zhì)過程和氣體的排放,從而有利于材料的致密〔2〕燒結(jié)和燒結(jié)溫度的降低〔2〕。對(duì)于其他的固溶改性雜質(zhì),則可2.1偶聯(lián)劑處理偶聯(lián)劑(couplingagent)是一種同時(shí)具有與無(wú)機(jī)物

7、和有機(jī)大大地降低擴(kuò)散位壘,促進(jìn)燒結(jié),減低燒結(jié)溫度。核—?dú)そY(jié)構(gòu)物分別反應(yīng)的功能基團(tuán)的化合物,其分子量不大。偶聯(lián)劑的在燒結(jié)過程中的演變主要與殼層成分有關(guān)。摻雜改性主要分作用是其一端能與粉體表面結(jié)合,另一端可與分散介質(zhì)有強(qiáng)為三種方式為:的相互作用。因此,偶聯(lián)劑可以提高陶瓷材料與聚合物材料(1)直接固溶到粉體內(nèi):殼層的組分會(huì)部分或全部進(jìn)入的親和性,實(shí)現(xiàn)粉體在聚合物材料中的分散。目前常用的偶核,作為核的粉體成分也會(huì)向殼