陶瓷漿料是結(jié)構(gòu)陶瓷、電子陶瓷與功能涂層等領(lǐng)域的核心中間體。無論是氧化鋁、氧化鋯等結(jié)構(gòu)陶瓷,鈦酸鋇、氮化硅等電子陶瓷,還是各類功能涂層漿料,其制備環(huán)節(jié)都離不開粉體與液體的混合。漿料分散得好不好、有沒有氣泡,直接決定后續(xù)成型與燒結(jié)的質(zhì)量。在眾多漿料制備難題中,團(tuán)聚、沉降與氣泡是出現(xiàn)頻次較高的三類。
原因:陶瓷粉體顆粒細(xì)小、比表面積大、表面能高,顆粒之間容易相互吸附形成團(tuán)聚體。普通攪拌剪切力不足時(shí),團(tuán)聚體難以被打開,直接殘留在漿料中。
后果:團(tuán)聚體進(jìn)入坯體后,在成型與燒結(jié)階段留下氣孔和缺陷,收縮不均勻,導(dǎo)致制品致密度與機(jī)械強(qiáng)度下降,廢品率上升。
解決思路:采用高剪切分散配合行星式攪拌,讓粉體在漿料中獲得充分的剪切與對(duì)流作用,使團(tuán)聚體逐步打開并均勻鋪開,從源頭減少團(tuán)聚殘留。
原因:氧化鋁、氧化鋯等陶瓷粉體密度高,在重力作用下持續(xù)沉降;當(dāng)漿料粘度不足或存放時(shí)間偏長時(shí),分層現(xiàn)象尤為明顯。
后果:上層稀薄、下層濃稠,注漿、涂布或流延時(shí)的漿料成分不一致,制品性能波動(dòng),同批次產(chǎn)品之間差異明顯。
解決思路:制備階段保證分散充分、體系穩(wěn)定,使用前重新均化,避免直接使用存放過久的分層漿料;真空行星攪拌可在短時(shí)間內(nèi)完成重新分散與均化。
原因:高固含量漿料粘度大,攪拌過程中氣泡難以逸出,被長時(shí)間裹在漿料內(nèi)部;氣泡越小、漿料越稠,排除越困難。
后果:氣泡在燒結(jié)階段難以完全排出,冷卻后留下封閉空洞,制品強(qiáng)度不達(dá)標(biāo),結(jié)構(gòu)件與電子件都可能因此報(bào)廢。
解決思路:在真空環(huán)境下脫泡,負(fù)壓使氣泡體積膨脹、浮力增大,上浮速度成倍提高,多數(shù)氣泡在漿料階段就被排出,減少燒結(jié)空洞的來源。
人工研磨與過篩效率低,結(jié)果依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn),質(zhì)量波動(dòng)大;球磨工藝時(shí)間長、能耗高,磨介磨損還可能引入雜質(zhì),小批量多配方的切換也不方便;高速分散機(jī)剪切能力強(qiáng),但轉(zhuǎn)速一高裹氣就嚴(yán)重,氣泡問題反而加劇。三類常用方式各有短板,難以同時(shí)兼顧分散均勻、氣體排除與工藝可控。
行星式運(yùn)動(dòng)讓漿料同時(shí)承受公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)帶來的離心力與剪切力,粉體被快速分散均勻,同時(shí)氣泡在離心作用下向中心聚集;配合真空環(huán)境,氣泡在負(fù)壓下膨脹、上浮、破裂,分散與脫泡同步完成。這一方式尤其適合小批量、多配方、換料頻繁的實(shí)驗(yàn)室與中試生產(chǎn),也適合對(duì)潔凈度與一致性要求較高的電子陶瓷與功能涂層場(chǎng)景,同時(shí)能避免球磨介質(zhì)污染等附帶問題。
團(tuán)聚、沉降、氣泡三大難題,歸根結(jié)底是「分散是否均勻」與「氣體是否排除」兩個(gè)問題。把漿料制備前端的攪拌與脫泡環(huán)節(jié)做扎實(shí),坯體缺陷、燒結(jié)空洞與成分波動(dòng)都會(huì)隨之減少。
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