常見分散劑類型:分散劑種類繁多,令人目不暇接。從大類上可分為無機分散劑和有機分散劑。常用的無機分散劑有硅酸鹽類,像我們熟悉的水玻璃,以及堿金屬磷酸鹽類,例如三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和焦磷酸鈉等。有機分散劑的家族則更為龐大,包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、脂肪酸聚乙二醇酯等。其中,脂肪酸類、脂肪族酰胺類和酯類也各有特色,比如硬脂酰胺與高級醇并用,可改善潤滑性和熱穩定性,在聚烯烴中還能充當滑爽劑;乙烯基雙硬脂酰胺(EBS)是一種高熔點潤滑劑;硬脂酸單甘油酯(GMS)和三硬脂酸甘油酯(HTG)也在不同領域發揮作用。石蠟類雖屬于外潤滑劑,但只有與硬脂酸、硬脂酸鈣等并用時,才能在聚氯乙烯等樹脂加工中發揮協同效應,液體石蠟和微晶石蠟在使用上也各有其特點和用量限制。特種陶瓷添加劑分散劑的耐溫性能影響其在高溫燒結過程中的作用效果。北京粉體造粒分散劑材料分類
分散劑作用的跨尺度理論建模與分子設計借助分子動力學(MD)和密度泛函理論(DFT),分散劑在 SiC 表面的吸附機制正從經驗試錯轉向精細設計。MD 模擬顯示,聚羧酸分子在 SiC (001) 面的**穩定吸附構象為 "雙齒橋連",此時羧酸基團間距 0.78nm,吸附能達 - 55kJ/mol,據此優化的分散劑可使漿料分散穩定性提升 40%。DFT 計算揭示,硅烷偶聯劑與 SiC 表面的反應活性位點為 Si-OH 缺陷處,其 Si-O 鍵的形成能為 - 3.2eV,***高于與 C 原子的作用能(-1.5eV),這為高選擇性分散劑設計提供理論依據。在宏觀尺度,通過建立 "分散劑濃度 - 顆粒 Zeta 電位 - 燒結收縮率" 的數學模型,可精細預測不同工藝條件下的 SiC 坯體變形率,使尺寸精度控制從 ±5% 提升至 ±1%。這種跨尺度研究正在打破傳統分散劑應用的 "黑箱" 模式,例如針對 8 英寸 SiC 晶圓的低翹曲制備,通過模型優化分散劑分子量(1000-3000Da),使晶圓翹曲度從 50μm 降至 10μm 以下,滿足半導體制造的極高平整度要求。天津粉體造粒分散劑特種陶瓷添加劑分散劑的吸附速率影響漿料的分散速度,快速吸附有助于提高生產效率。
分散劑在陶瓷注射成型喂料制備中的協同效應陶瓷注射成型喂料由陶瓷粉體、粘結劑和分散劑組成,分散劑與粘結劑的協同作用決定喂料的成型性能。在制備氧化鋯陶瓷注射喂料時,硬脂酸改性分散劑與石蠟基粘結劑協同作用,硬脂酸分子一端吸附在氧化鋯顆粒表面,降低顆粒表面能,另一端與石蠟分子形成物理纏繞,使顆粒均勻分散在粘結劑基體中。優化分散劑與粘結劑配比后,喂料的熔體流動性指數提高 40%,注射成型壓力降低 35%,成型坯體的表面粗糙度 Ra 從 5μm 降至 1.5μm。這種協同效應不僅改善了喂料的成型加工性能,還***減少了坯體內部因填充不良導致的氣孔和裂紋缺陷,使**終燒結陶瓷的致密度從 92% 提升至 97%,力學性能大幅提高。
燒結致密化促進與晶粒生長調控分散劑對 SiC 燒結行為的影響貫穿顆粒重排、晶界遷移、氣孔排除全過程。在無壓燒結 SiC 時,分散均勻的顆粒體系可使初始堆積密度從 58% 提升至 72%,燒結中期(1600-1800℃)的顆粒接觸面積增加 30%,促進 Si-C 鍵的斷裂與重組,致密度在 2000℃時可達 98% 以上,相比團聚體系提升 10%。對于添加燒結助劑(如 AlO-YO)的 SiC 陶瓷,檸檬酸鈉分散劑通過螯合 Al離子,使助劑在 SiC 顆粒表面形成 5-10nm 的均勻包覆層,液相燒結時晶界遷移活化能從 280kJ/mol 降至 220kJ/mol,晶粒尺寸分布從 5-20μm 窄化至 3-8μm,***減少異常長大導致的強度波動。在熱壓燒結中,分散劑控制的顆粒間距(20-50nm)直接影響壓力傳遞效率:均勻分散的漿料在 20MPa 壓力下即可實現顆粒初步鍵合,而團聚體系需 50MPa 以上壓力,且易因局部應力集中導致微裂紋萌生。更重要的是,分散劑的分解殘留量(<0.1wt%)決定了燒結后晶界相的純度,避免因有機物殘留燃燒產生的 CO 氣體在晶界形成直徑≥100nm 的氣孔,使材料抗熱震性能(ΔT=800℃)循環次數從 30 次增至 80 次以上。在制備特種陶瓷薄膜時,分散劑的選擇和使用對薄膜的均勻性和表面質量至關重要。
極端環境用陶瓷的分散劑特殊設計針對航空航天、核工業等領域的極端環境用陶瓷,分散劑需具備抗輻照、耐高溫分解、耐化學腐蝕等特殊性能。在核廢料封裝用硼硅酸鹽陶瓷中,分散劑需抵抗 α、γ 射線輻照導致的分子鏈斷裂:含氟高分子分散劑(如聚四氟乙烯改性共聚物)通過 C-F 鍵的高鍵能(485kJ/mol),在 10Gy 輻照劑量下仍保持分散能力,相比普通聚丙烯酸酯分散劑(耐輻照劑量 <10Gy),使用壽命延長 3 倍以上。在超高溫(>2000℃)應用的 ZrB-SiC 陶瓷中,分散劑需在碳化過程中形成惰性界面層:酚醛樹脂基分散劑在高溫下碳化生成的無定形碳層,可阻止 ZrB顆粒在燒結初期的異常長大,同時抑制 SiC 與 ZrB間的有害化學反應(如生成 ZrC 相),使材料在 2200℃氧化環境中失重率從 20% 降至 5% 以下。這些特殊設計的分散劑,本質上是為陶瓷顆粒構建 “納米級防護服”,使其在極端環境下保持結構穩定性,成為**裝備關鍵部件國產化的**技術瓶頸突破點。特種陶瓷添加劑分散劑能夠調節漿料的流變性能,使其滿足不同成型工藝的需求。天津粉體造粒分散劑
特種陶瓷添加劑分散劑的分散效果可通過改變其分子結構進行優化和調整。北京粉體造粒分散劑材料分類
分散劑與燒結助劑的協同增效機制在 BC 陶瓷制備中,分散劑與燒結助劑的協同作用形成 “分散 - 包覆 - 燒結” 調控鏈條。以 Al-Ti 為燒結助劑時,檸檬酸鉀分散劑首先通過螯合金屬離子,使助劑以 3-10nm 的顆粒尺寸均勻吸附在 BC 表面,相比機械混合法,助劑分散均勻性提升 4 倍,燒結時形成的 Al-Ti-B-O 玻璃相厚度從 60nm 減至 20nm,晶界遷移阻力降低 50%,致密度提升至 98% 以上。在氮氣氣氛燒結 BC 時,氮化硼分散劑不僅實現 BC 顆粒分散,其分解產生的 BN 納米片(厚度 2-5nm)在晶界處形成各向異性導熱通道,使材料熱導率從 120W/(mK) 增至 180W/(mK),較傳統分散劑體系提高 50%。在多元復合體系中,雙官能團分散劑(含氨基和羧基)分別與不同助劑形成配位鍵,使多組分助劑在 BC 顆粒表面形成梯度分布,燒結后材料的綜合性能提升***,滿足**裝備對 BC 材料的嚴苛要求。北京粉體造粒分散劑材料分類