2-陶瓷添加剂的功能及其作用机理

造成局部张力差异
（9）着色作用
用于陶瓷着色的材料称为陶瓷着色剂，通常是无机化
合物，只有无机颜料才能在高温下烧结而不发生分解，
并且与基质釉料融为一体。
晶体着色理论 • 如铁红的红色源自氧配位多面体中的氧离子和过渡金属元素铁离子 间的电荷转移。 离子着色理论 • 对于某些金属元素离子而言，他们的能量较高，不稳定，只要少量 的能量就能激发，能吸收可见光。Co2+能吸收橙、黄色和部分绿光， 而呈现带紫的蓝色 胶态着色理论 • 胶态金属以及无机非金属胶体粒子，对于金属胶体，吸收光谱和着 色色调决定于粒子尺寸大小。对于无机非金属取决于化学组成。
/L
矿浆流变学调节学说
• 类似分散剂，改善物料的流变学特征和颗粒表面的 电性质，降低釉料的粘度，提高流动性，促进颗粒 的分散，阻止颗粒之间、颗粒与研磨介质之间及衬 板之间的团聚和粘附，提高物料连续通过磨机的速 度，改善研磨介质的粉磨作用。
细 粗磨 磨
助磨剂能降低破 碎能；增加脆性 断裂概率以防止 塑性变形。
b. 空间位阻稳定机理
空间位阻机理也称为立体效应或熵效应，主要指颗 粒表面上吸附了某些高分子化合物，粒子之间出现 体积效应，在一定程度上粒子失去自由活动的空间， 相应地降低其熵值，同时增加了粒子之间的相互排 斥作用，使分散粒子的接触受到空间障碍，保持了 分散体系的稳定性。空间 位阻机理主要是对聚合物 分散剂而言的，其优越的 性能取决于其结构中特有 的锚固基团和溶剂化链
• 亲水系统采用水溶性高分子、憎水系统采用水乳性
根据实际的问题采用合适的添加剂 添加剂的量要在合适的范围内，一般0.1%~1%
注意陶瓷添加剂与基质材料的烧结与共融性质
1、陶瓷添加剂定义和分类
1.1 定义：是指为了提高产品的质量和效果而加入到配料
中的少量和微量的试剂。 隶属于精细化工中的一个重要门类。
对于提高产品质量、增加产量和降低能耗将起
着不容忽视的巨大作用。
1.2 分类
• • • • 一般分类方法： （1）按照添加剂的状态：粉状和液体状； （2）按照使用功能：分散剂、增塑剂、助磨剂等； （3）按照使用领域：普通陶瓷添加剂和新型陶瓷添 加剂。
还可以按照化学组成：无机添加剂、有机添加剂、高 分子添加剂； 按照工艺条件：坯料用添加剂、成型添加剂、烧结用 添加剂、釉料添加剂； 成型工艺来分：浇筑成型添加剂、挤压成型添加剂等。
2、陶瓷的功能和作用
2.1 功能 在陶瓷生产中主要起到提高产品质量和性能，降低能耗。 · 过程性添加剂
c. 静电位阻稳定机理
将颗粒间静电斥力和空间位阻两种力量共同作用以获得的稳
定称为静电空间位阻稳定。粉体颗粒进入溶解有聚合物的溶 液后，聚合物分子很快紧密吸附到颗粒表面，并形成稳定的
双电层，颗粒相互靠近时既会受到双电层间相互作用产生的
静电斥力，又会受到聚合物分 子间的位阻作用，从而使颗粒 处于一种平衡状态。静电位阻 稳定机制能够防止已分散的粒 子发生絮凝，最大程度的维持 悬浮液的稳定，也是性能优良的分散剂的主要分散机制。而 且在制备高固含量的悬浮液时，静电位阻稳定是最有效的途 径之一。
产品的缺陷。自然状态下的泡沫消除过程需要经历以下三个
步骤：
气泡的再分布
气泡膜的减薄
气泡膜的破裂
时间太过漫长，所以我们需要借助化学手段，增加
特殊的化学物质，以达到快速的减少或者消除泡沫
的目的。
化学反应法
• 发泡剂之间发生反应或者使其溶解；形成难溶 盐类，使得泡沫破裂。
降低膜强度法
• 降低膜的表面黏度
d.竭尽稳定作用
非离子型聚合物没有吸附在固体颗粒表面，它只 是以一定的浓度游离分散在颗粒周围的悬浮液中， 颗粒互相靠近，聚合物分子从两颗表面区域，即竭 尽区域有规律的在介质中重新分布。
（2）悬浮稳定作用
一些不溶于水或者微溶于水的固体颗粒可以借助某些陶瓷添
加剂，比较均匀的分散于液态介质中，形成一种颗粒细小的
白炭黑被偶联剂改性后接触角测定实验
化学键理论
• 认为偶联剂是一种化学官能团，与其他物质之间形成质子作用，形 成共价键，在无机相和有机相之间桥梁搭接，导致界面结合加强。 浸润效应和表面能理论 • 如果能够在表面完全浸润，可以达到表面吸附能高于其黏结强度。 可变形理论 • 形成的中间层是一种可变形层，能够松弛应力，阻止裂纹扩展，改 善界面强度。 拘束层理论 • 与可变形理论相对，偶联剂除了与填料表面产生粘合，还会与界面 上的聚合物紧密连接。
2.分散作用原理
静电稳定机理 空间位阻稳定 机理 静电位阻稳定 机理
在固/液悬浮体系中，由于粒子表面电荷的存在，形成 了双电层结构和Zeta电位。粒子间静电斥力的大小取决于Z eta电位，而Zeta电位取决于粒子的表面电荷以及电荷密度， 电荷密度越高，Zeta电位越高。无机分散剂（三聚磷酸钠， 焦磷酸钠）电离成离子后吸附于颗粒表面，颗粒表面形成 一种双电层的结构，使其表面 电荷密度提高，通过表面同种 电荷斥力作用，克服了颗粒间 的范德华吸引力，实现分散效 果。
产 品
高效、节 能的粉磨 效果
阻止细颗粒的 絮凝和再次聚 集/强化分散； 调节讲题的流 变特性。
（4）增强作用
足够长的高分子链聚合物在陶瓷颗粒表面架桥，产生交联作用。
有机高分子包裹颗粒表面，形成氢键增强结合。
（5）黏结作用
减少颗粒之间的摩擦，增加可塑性和黏结性，提高生坯的
强度。 陶瓷颗粒表面的高分子聚合物或者表面活性剂，能够打破 粘合剂与陶瓷物料链条间的界面，形成牢固的过渡区，使得 整个体系能够均布各种应力，
高悬浮、能流动的稳定液固体系，起到改善料浆悬浮稳定性
的作用。
类似于分散剂，不过分散剂主要用于浆料中； 悬浮稳定剂主要在釉料中。
陶瓷釉料悬浮体系中，颗粒/液珠间主要存在三种
相互作用力：
a.范德华引力
b.颗粒表面的双电层相互作用产生的斥力；
c.由颗粒表面吸附了高分子化合物或者表面活性
剂而形成的所谓空间相互作用产生的斥力。
增加强度。脊性原料较多的坯体强度差时常用。
（6）助烧作用
降低烧结温度，达到节能提质的目标。
与烧结相形成固溶体
• 增加结构缺陷，有利于离子扩散，降低烧结温度
阻止晶型转变
• 有些氧化物煅烧过程中容易发生体积变化导致坯体开裂， 带来致密化困难，合适的添加剂能抑制。
抑制晶粒长大
• 对二次结晶或间断性晶粒长大过快具有抑制，带来制品的 显微结构更加致密。
（3）助磨作用
是具有助磨作用的陶瓷添加剂的统称。能够：
提高研磨效率
加快破碎的速度
具有一定的分散作用，改变浆料的流变学特征
2.助磨的原理
吸附降低硬度学说
• 助磨剂在颗粒上的吸附降低了颗粒表面的自由能或 者引起近表面层晶格的位错迁移，产生点缺陷或者 4E 线缺陷，降低颗粒的强度和硬度。
（10）偶联作用
偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中的 一部分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学 键合； 另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发 生化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性 质截然不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在 聚合物基体中的分散状态，提高填充聚合物材料的力 学性能和使用性能。
（7）减水作用
是为了在陶瓷压力注浆成型过程中提高泥浆的脱水性能，改 善陶瓷料浆性能，使得料浆在低的用水量下具有适当的粘度、 流动性、和高固相含量。
含水量减少又能生产的好处：
干缩降低 石膏的吸水率降低 模型的干燥时间降低 生产效率提高
（8）消泡作用
泡沫在料浆或者釉料中，属于非匀相体系。会带来烧结和
• 改善加工条件，加快设备运行速率，简化制备工艺，eg.分散剂、助烧剂。
· 功能型添加剂
• 加入后使得产品具备某种特殊的性能，eg.稀土改性添加剂、纳米添加剂。
2.2 作用 （1）分散作用 1.固体颗粒在液体介质中分散后形成的体系存在热力学 上不稳定的特点，有团聚的趋势，分散剂可以很好的阻 止这种现象。
（11）润滑作用
是通过润湿粉料颗粒表面，降低颗粒之间的动、静摩 擦系数，在颗粒表面形成疏水基向外的反向吸附，增 大彼此间的润滑性，从而减少阻力，提高颗粒间的流 动性； 在干压成型、半干压成型、热压成型、挤出成型等工 艺尤其重要。
• 表面张力小，易于铺开 • 热稳定性好，不会因为温度而失去防黏性质
产生液相
• 形成液相可以降低烧结温度。合适的液相能够增加颗粒重 排和传质过程。
烧结温度范围
• 加入适当的外加剂可以增加烧结温度的范围，有利于烧 结制度的控制
过渡液相烧结降低烧结温度并提高性能
• 低熔点的添加物可以在烧结过程中较低温时候先形成液 相促进烧结，后期可以作为最终相进入主相掺杂改性， 低熔点物质的双重效应。
• 挥发性小，沸点高，不会挥发失效 • 黏度高，吸附模具的能力强
• 分子的烃链要长，易于形成致密的油膜 • 牢固吸附，防止油膜的脱落
3、陶瓷添加剂的使用原则
了解各种添加剂的特性与共性、他们之间的相容性及相互作用 情况；
熟悉陶瓷配方组成各种原料的物化性能、在各工序中的作用及 存在形式，了解添加剂与各原料的物化性能。