陶瓷添加剂—助力解决高技术陶瓷生产难题

随着陶瓷工业的迅速发展，陶瓷添加剂技术越来越引起陶瓷行业技术人员的重视。陶瓷添加剂的用量一般很少（0.5%～2.0%），一般含量不超过5%。但却在工艺参数的改善、陶瓷制品质量的提高中具有非常重要的作用。

其作用主要体现在两个方面：一是作为过程性添加剂，如改善加工条件，加快设备运行速率，简化工艺等；二是作为功能性添加剂，如加入后使产品具有一些特定的功能。不同陶瓷添加剂有不同的作用，具体包括解凝、缓凝、促凝、增塑、塑化、粘合、悬浮、除泡、平整、防腐、润湿、粉体表面改性、助磨及促进干燥、烧结等。

在高性能陶瓷的湿法成型制备过程中，要求陶瓷悬浮液具有较高的固体含量、稳定性和流变性好等特点，以便对成型后获得形状复杂、烧成体收缩小、体积密度均一和性能稳定的高性能陶瓷提供条件。而分散剂的作用就是阻碍浆料中的聚沉现象，使颗粒能够均匀分散、稳定悬浮。其分散机理主要是“静电斥力”和“空间位阻”效应。

分散剂种类繁多，根据分散介质的不同，可将分散剂分为水性分散剂和油性(非水介质)分散剂，而前者又包括离子型(包括阳离子型和阴离子型)、非离子型、混合型等。

油性分散剂包括有机小分子分散剂和高分子分散剂，其中高分子聚合物分散剂又称为超分散剂，它最早是为解决颜料粒子在有机介质中的分散问题而研究开发的，高分子分散剂也是目前研究最为活跃的一种高性能分散剂，尤其在陶瓷领域。根据组成不同，也可将陶瓷分散剂分为无机分散剂、有机分散剂、高分子聚合物分散剂以及复合分散剂等。

在陶瓷生产中，可以通过加入陶瓷增强剂来弥补其塑性差的缺点，改善陶瓷生坯的强度。陶瓷增强剂能在不影响浆料流动度的前提下，大大增强坯体的强度，提高粉体的结合性能，减少坯体在运输、生产过程中造成的破损。陶瓷增强剂的作用原理是其可在陶瓷颗粒之间架桥，起交联作用，并形成不规则的网状结构，同时颗粒表面被包裹还会使颗粒之间产生氢键而大大增强制品的强度。

原料的粉碎是陶瓷制备过程中一道必不可少的工序，但是目前来讲粉碎还是一个高能耗、低效率的作业过程。提高原料的细磨效率对节能降耗、提高生产效率有着重要的现实意义。助磨剂是指可以提高粉碎效率的物质。在相同条件下，少量助磨添加剂可使粉碎效率成倍提高，各种粉末设备及干湿法操作(如球磨、振动、气流磨)皆可用它，它不仅提高了粉碎效率，同时粉料平均粒度也明显降低。

▲助磨剂作用原理

增塑剂主要是通过润滑或降低分子间作用力的方式起增塑作用的，还对陶瓷粉体颗粒还起到润滑和桥联的作用，有助于浆料的分散稳定。

邻苯二甲酸酯类是最广泛应用的增塑剂，一般作为主增塑剂使用，有通用增塑剂之称。其中，邻苯二甲酸二己酯是此类增塑剂中产量最大、综合性能最优的品种，它体现了成本、实用性和加工性能最理想的结合，被当做通用增塑剂的标准。

氧化铝、氮化硅等先进陶瓷的烧结温度往往会很高，这就需要消耗大量的能源，而且对设备的要求也较高。所以，降低陶瓷的烧结温度非常重要。目前降低陶瓷烧结温度的方法很多，比如降低陶瓷粉的粒度、采用特殊的烧结工艺、添加烧结助剂等。与其他方法相比，添加烧结助剂具有成本低、效果好、工艺简便的优点，是目前最有效的一种低温烧结方法。

▲氮化硅陶瓷的微观结构(左)未添加烧结助剂(右)添加了烧结助剂

在实际生产中，单一烧结助剂往往不能同时满足其烧结和机电性能的要求，一般情况下单一助剂在降低烧结温度的同时会导致陶瓷性能的降低，因此，采用多种不同助剂组成的复合添加剂要比单独使用其中一种助剂更为常见。

造孔剂，是指成型时在坯体内占有一定的体积，在烧成、加工过程中又会被除去，并使其所占据的体积成为气孔的一类物质，也被称为增孔剂、成孔剂等。

在原料中添加造孔剂成孔是制备多孔陶瓷材料最常用的一种方法，它可以大大提高多孔陶瓷的气孔率，克服陶瓷颗粒堆积粘结形成的气孔结构气孔率低的缺点。此外，气孔的尺寸、形状、分布还可以通过控制造孔剂的含量、造孔剂颗粒的尺寸、形状和分布进行调节。

在球磨搅拌的过程中，浆料中可能会产生有害气泡，一般消除气泡是通过消泡剂和机械搅拌的共同作用来完成的。目前常用的消泡剂包括矿物类消泡剂、聚醚类消泡剂和有机硅类消泡剂。

絮凝剂主要作用是中和胶体粒子的表面电荷，降低胶体粒子的Zeta电位，如果Zeta电位趋于或等于零，凝聚效果最好。

稀土元素具有高电价、半径大、极化力强、化学性质活泼、还原性强、氧化物的热稳定性好等特点，使其表现出良好的光、电、磁、超导等特性，在陶瓷材料研究中作为一种改性添加剂。常用的有氧化钇、氧化铈，氧化镧等稀土添加剂。

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