Le particelle ceramiche hanno una vasta gamma di applicazioni nella scienza dei materiali, nell'elettronica, nell'ingegneria chimica, nella medicina e in altri campi, ma a causa della loro elevata energia superficiale e delle caratteristiche di facile aggregazione, la dispersione è sempre stata una sfida chiave nella preparazione di materiali ceramici ad alte prestazioni. Questo articolo introdurrà tipi comuni di particelle ceramiche e consiglierà disperdenti adatti per diversi materiali ceramici per migliorare la stabilità della dispersione e le prestazioni di lavorazione.
Primo. Classificazione delle comuni particelle ceramiche
Le particelle ceramiche possono essere suddivise in ossidi, carburi, nitruri, boruri, ecc. in base alla loro composizione chimica. Di seguito sono riportate alcune tipiche particelle ceramiche e le loro applicazioni:
1. Ceramica all'ossido
Ossido di alluminio (Al2O3): elevata durezza, resistenza alle alte temperature, utilizzato per abrasivi, materiali refrattari e substrati elettronici.
ZrO2 (Zirconia): elevata tenacità, utilizzato per restauri dentali, cuscinetti, sensori di ossigeno.
SiO2 (biossido di silicio): utilizzato in rivestimenti, riempitivi e vetro ottico.
TiO2 (biossido di titanio): fotocatalisi, pigmento, materiale per la protezione solare.
ZnO (ossido di zinco): varistore, materiale antibatterico, agente rinforzante in gomma.
2. Ceramica al carburo
SiC (baffi e particelle di carburo di silicio): rinforzato e temprato, altamente conduttivo termicamente, resistente all'usura, utilizzato in semiconduttori, pastiglie dei freni e componenti resistenti alle alte temperature.
B4C (carburo di boro): un materiale superduro utilizzato per armature antiproiettile e assorbitori di neutroni nei reattori nucleari.
WC (carburo di tungsteno): utensili da taglio in lega dura, punte da trapano.
3. Ceramiche al nitruro
Si3N4 (nitruro di silicio): elevata tenacità, autolubrificante, utilizzato per cuscinetti e componenti di motori.
AlN (nitruro di alluminio): elevata conduttività termica, isolante, utilizzato per substrati di imballaggi elettronici.
BN (nitruro di boro): BN esagonale (lubrificante), BN cubico (abrasivo superduro).
4. Ceramica Boride
TiB2 (diboruro di titanio): alto punto di fusione, conduttivo, utilizzato come materiale per elettrodi e rivestimento resistente all'usura.
ZrB2 (diboruro di zirconio): ceramica ad altissima temperatura utilizzata per materiali di protezione termica aerospaziale.
5. Ceramiche composite/funzionali
BaTiO3 (titanato di bario): un materiale ferroelettrico utilizzato nei condensatori e nei dispositivi piezoelettrici.
PZT (titanato di zirconato di piombo): una ceramica piezoelettrica utilizzata in sensori e trasduttori a ultrasuoni.
Secondo. Il problema della dispersione delle particelle ceramiche
Le particelle ceramiche, a causa della loro elevata energia superficiale e delle piccole dimensioni delle particelle (in particolare particelle su scala nanometrica), sono soggette ad agglomerazione, portando a:
1.L'aumento della viscosità del liquame influisce sulle sue proprietà reologiche.
2. La sinterizzazione irregolare riduce le proprietà meccaniche dei prodotti ceramici.
3.La dispersione non uniforme nei rivestimenti o nei materiali compositi influisce sulle prestazioni funzionali.
Pertanto, la scelta del disperdente ceramico appropriato è fondamentale.
Terzo. Classificazione e selezione dei disperdenti ceramici
La funzione dei disperdenti ceramici è quella di ridurre le forze di van der Waals tra le particelle e migliorare la stabilità della sospensione. In base alle loro proprietà chimiche, i disperdenti possono essere suddivisi nelle seguenti categorie:
1. Disperdente ionico
Adatto per sistemi a base acqua, stabilizzando le particelle attraverso la repulsione elettrostatica.
Tipo anionico (con carica negativa):
Poliacrilato di sodio (PAAS): adatto per ceramiche a base di ossido come Al2O3, SiO3, ZrO2, ecc.
Dodecilbenzensolfonato di sodio (SDBS): comunemente usato in ceramiche non ossidiche come SiC e Si3N4.
Tipo cationico (con carica positiva):
Bromuro di esadeciltrimetilammonio (CTAB): adatto per particelle ceramiche caricate negativamente (come parzialmente ZrO2).
2. Disperdenti non ionici
Adatto per sistemi a solventi organici, stabilizzando le particelle tramite ostacolo sterico.
Polivinilpirrolidone (PVP): adatto per ceramiche non ossidiche come SiC, AlN, BN, ecc.
Polietilenglicole (PEG): adatto per ceramiche funzionali come BaTiO3 e PZT.
Serie BYK (come BYK-110): adatta per fanghi ceramici ad alto contenuto di solidi.
3. Agente di accoppiamento
Utilizzato per migliorare la compatibilità tra ceramica e substrati organici, come:
Agenti accoppianti silanici (KH-550, KH-570): adatti per ossido ceramici come SiO2 e Al2O3.
Agente di accoppiamento estere di titanio (NDZ-101): adatto per ceramiche ad alta energia superficiale come SiC e TiB2.
4. Disperdente polimerico
Adatto per particelle nano ceramiche per prevenire l'agglomerazione secondaria.
Acido poliacrilico (PAA): adatto per nano ZrO2, TiO2, ecc.
Polimetilmetacrilato (PMMA): adatto per ceramiche nitruro come Si3N4 e AlN.
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