陶瓷添加劑
| 陶瓷添加劑 |
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《陶瓷添加劑》一書是作者根據多年科研實踐總結而成的，主要介紹了陶瓷添加劑的基本原理，並對其具體應用和新發展做了介紹。主要內容包括已經廣泛應用在陶瓷領域中的傳統陶瓷添加劑，如分散劑、減水劑、助磨劑、黏結劑、消泡劑等，以及各種新型陶瓷添加劑，如納米添加劑、稀土添加劑、偶聯劑和增韌劑等。
本書可作為精細化工、陶瓷材料等專業的學生教學用書，也可作為相關科研和生產人員的參考用書。
目錄
基本內容
圖書
緒論1
第1章分散劑26
第2章 助濾劑62
第3章 助磨劑74
第4章塑化劑87
第5章 助燒劑103
第6章 着色劑121
第7章 消泡劑137
第8章 其他坯釉料添加劑145
第9章 稀土添加劑154
第10章 納米添加劑178
第11章 偶聯劑192
第12章 增韌劑209
第13章 造孔劑226
參考文獻237
內容
比如，在Al2O3含量相當時，CaO－Al2O3－SiO2系Al2O3瓷料比MgO－Al2O3－SiO2系瓷料的燒結溫度低，對於我國目前大量生產的CaO－MgO－Al2O3－SiO2系統瓷料而言，為使其具有較低的燒結溫度與良好性能，應控制其SiO2/CaO處於1?6～0?6之內，MgO含量不超過熔劑類氧化物總量的1/3，同時，在配方中引入少量的La2O3、Y2O3、Cr2O3、MnO、TiO2、ZrO2、Ta2O3等氧化物能進一步降低燒結溫度、改善瓷體的微觀組織結構和性能。因此，在保證瓷體滿足產品使用目的和技術要求的前提下，我們可以通過配方設計，選擇合理的瓷料系統，加入適當的助燒添加劑，使氧化鋁陶瓷的燒結溫度儘可能降低。
目前配方設計中所加入的各種添加劑，根據其促進氧化鋁陶瓷燒結的作用機理不同，可以將它們分為形成新相或固溶體的添加劑和生成液相的添加劑二大類。
1、與Al2O3形成新相或固溶體的添加劑。
這類添加劑是一些與氧化鋁晶格常數相接近的氧化物，如TiO2、Cr2O3、Fe2O3、MnO2等，在燒成中，這些添加物能與Al2O3生成固溶體，這類固溶體或為摻入固溶體（如Ti4+置換Al3+時），或為有限固溶體，或為連續固溶體（如Cr2O3與Al2O3形成的），它們可以活化晶格（TI4+、Al3+離子半徑差所致）、形成空穴或遷移原子，（3TiO2 AbO3 3Tia1+Va1+60）以及使晶格產生變形，這些作用使得Al2O3陶瓷易於重結晶而燒結。例如添加0?5～1?0%的TiO2時，可使瓷體的燒結溫度下降150—200℃。以固相燒結方式為主的高鋁瓷常採用這類添加劑，例如某黑色氧化鋁陶瓷配方如下（wt%）：Al2O3 91、CoO 0?5、MnO2 3?7、Cr2O3 2?1、SiO2 0?4、TiO2 2?0、V2O3 0?3，該瓷料在1350℃下保溫2小時燒成。
這類添加劑促進氧化鋁瓷燒結的作用具有一定的規律性：①能與Al2O3形成有限固溶體的添加劑較形成連續固溶體的添加劑的降溫作用更大；②可變價離子一類添加劑比不變價的添加劑的作用大；③陽離子電荷多的、電價高的添加劑的降溫作用更大。需要注意的是，由於這類添加劑是在缺少液相的條件下燒結的（重結晶燒結），故晶體內的氣孔較難填充，氣密性較差，因而電氣性能下降較多，在配方設計時要加以考慮。
2、燒成中形成液相的添加劑。
這類添加劑的化學成分主要有SiO2、CaO、MgO、SrO、BaO等，它們能與其它成分在燒成過程中形成二元、三元或多元低共熔物。由於液相的生成溫度低，因而大大地降低了氧化鋁瓷的燒結溫度。當有相當量（約12%）的液相出現，固體顆粒在液相中有一定的溶解度及固相顆粒能被液相潤濕時，其促進燒結作用也更顯著。其作用機理在於液相對固相表面的潤濕力及表面張力，兩者使得固相顆粒靠近並填充氣孔。此外，燒結過程中因細小有缺陷的晶體表面活性大，故在液相中的溶解度要比大晶體的大得多。這樣，燒結過程中小晶體不斷長大，氣孔減小，出現重結晶。為了防止因重結晶使晶粒過分長大，影響陶瓷的機械性能，在配方設計中需考慮選用一些對晶粒增大無影響甚至能抑制晶粒增大的添加物，如MgO、CuO和NiO等。
目前，在液相燒結的Al2O3瓷料配方中，助燒添加劑可以採用以下3種物料形態來加入。①以天然礦物形態加入。這類礦物原料主要有：高嶺土、膨潤土等粘土礦。石英、滑石、菱鎂礦、白雲石、方解石等等，它們分別引入SiO2、MgO、CaO等化學成分。配方中高嶺土及其它粘土礦物的使用，除了滿足瓷體化學組成要求外，更主要可以改善坯料的成型性能。添加劑的這種加入形式適用於Al2O3含量在90%以下的中鋁瓷配料，例如某低溫燒結75瓷配方如下（wt%）：煅燒Al2O3 65、高嶺土 24、膨潤土2、BaCO3 4、方解石 3、生滑石 2。
②、以人工合成添加劑形態加入。此法是在CaO－Al2O3－SiO2、MgO－Al2O3－SiO2、CaO－MgO－Al2O3－SiO2等三元、四元或其它相圖中找到最低共溶物的組成點，預先按組成點的成分將CaO、MgO、SiO2、Al2O3等所需化合物進行第一次配料，經球磨、煅燒成為低共熔物，即「人工合成添加劑」，然後按一定配比將人工合成添加劑與Al2O3粉料進行第二次配料，以滿足氧化鋁陶瓷化學組成和性能要求。此法純度高，主要用於降低化學組成準確、性能要求高的高鋁瓷燒結溫度，缺點是工藝複雜，能耗高，製品成本高，只在特殊情況下採用。
③以化工原料形態加入。在配料時，直接將各種化工原料作為添加劑與Al2O3粉體一起一次完成配料，各助燒添加劑的組成比例仍然是參照專業相圖中最低共熔點的組成來設定。生產實踐證明，此法不僅與人工合成添加劑法具有同樣的降溫效果，而且大大簡化了工藝，無論配方設計、配料計算和工藝過程都比人工合成添加劑法簡便，也比天然礦物形態更容易，瓷質性能穩定，節能效益顯著。在實際生產中，從降低成本和坯料成型性能方面考慮，天然礦物原料和化工原料往往是同時使用的。例如某低溫燒成（1500℃×2h）的高鋁瓷配方如下（wt%）；α－Al2O3 93、蘇州土 3、燒骨石 2、CaCO3 1?5、BaCO3 0?5、外加ZrO2、CeO2、La2O3 2%。[1]