從生產(chǎn)流程上看，先進(jìn)陶瓷的生產(chǎn)歷經(jīng)粉體制備，成型、燒結(jié)、精加工等幾大環(huán)節(jié)，其中陶瓷產(chǎn)品的性能很大程度上取決于原料粉體的特性已成為業(yè)內(nèi)共識。

對于陶瓷從業(yè)人員來說，想方設(shè)法獲得理想的陶瓷粉體已成為他們的一大執(zhí)念。

理想的粉體首先應(yīng)該是由單個(gè)的一次顆粒組成，所謂一次顆粒是指粉體中最基本的顆粒。

但在制備陶瓷材料超細(xì)粉末的過程中，陶瓷粉末的團(tuán)聚現(xiàn)象是普遍存在的。做陶瓷的朋友都知道，粉末的團(tuán)聚是降低陶瓷材料性能的重要原因：

團(tuán)聚體是限制陶瓷材料可靠性的裂紋的主要產(chǎn)生源，在陶瓷燒結(jié)工藝中，素坯中的團(tuán)聚體相對于包含它的基體以不同的速度燒結(jié)，結(jié)果在團(tuán)聚體與基體界面形成應(yīng)力，而這種由差分燒結(jié)產(chǎn)生的應(yīng)力比團(tuán)聚體本身所引起的開裂及其它微觀損害更嚴(yán)重，粉料中的團(tuán)聚體最終可能導(dǎo)致燒結(jié)體中產(chǎn)生大裂紋。

圖片來源：宣城晶瑞

當(dāng)前，先進(jìn)陶瓷正朝向納米化方向發(fā)展，解決陶瓷粉體的團(tuán)聚問題顯得尤為重要。

01 團(tuán)聚產(chǎn)生的原因

團(tuán)聚的原因，不外乎以下幾方面：

（1）分子間的范德華引力；

（2）顆粒間的靜電引力；

（3）超細(xì)顆粒的高表面能、表面的氫鍵及其他化學(xué)鍵作用；

（4）吸附水分的毛細(xì)管力；

（5）顆粒間的磁引力；

（6）顆粒表面不干凈引起的機(jī)械糾合力。

由于團(tuán)聚體中一次顆粒間的作用力大小不同，團(tuán)聚體又有軟團(tuán)聚與硬團(tuán)聚之分。前者主要是由于顆粒之間的范德華力和庫侖力非常強(qiáng)而形成的團(tuán)聚，硬團(tuán)聚是由于顆粒間的范德華力和庫侖力以及化學(xué)鍵合作用力等多種作用力所引起，另外與顆粒的制備工藝及過程控制也有關(guān)。

軟團(tuán)聚容易通過一般的化學(xué)作用或機(jī)械作用被破壞而分散為一次顆粒，而硬團(tuán)聚由于顆粒間結(jié)合緊密，比較難被破壞，只通過一般的化學(xué)作用是不夠的，需要用比較強(qiáng)烈的手段，如加入分散劑、球磨、強(qiáng)超聲處理等，才能使其得到分散。

02 解決粉體團(tuán)聚的有效手段

防止團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，以獲得粒度分布窄、化學(xué)組成均勻、單分散的顆粒，是獲得高性能納米粉體的關(guān)鍵步驟。

氣體介質(zhì)中粉體團(tuán)聚的控制方法

（1）機(jī)械分散

機(jī)械分散是通過機(jī)械力作用強(qiáng)制將團(tuán)聚的粉體顆粒分開。雖然機(jī)械分散效果較好，但是機(jī)械分散僅僅是將顆粒強(qiáng)制分開，并沒有消除顆粒間的作用力，當(dāng)機(jī)械外力停止后，很可能會(huì)使團(tuán)聚再次發(fā)生。機(jī)械分散法一般包括研磨、普通球磨、振動(dòng)球磨、膠體磨、空氣磨和機(jī)械攪拌，一般用于防止和破壞顆粒間的軟團(tuán)聚。機(jī)械分散的缺點(diǎn)是容易引入雜質(zhì)（球磨介質(zhì)），可能改變粉體性質(zhì)，如提高粉體顆粒表面能、增加晶格缺陷、在表面形成無定形層、改變化學(xué)組成等。

（2）干燥處理

干燥處理是指通過破壞和防止顆粒間形成的液橋（液橋作用力很大），從而控制團(tuán)聚的方法，這種方法同樣適用于控制液體介質(zhì)中的團(tuán)聚。

（3）靜電分散

靜電分散是利用“異性相吸、同性相斥”的原理，為粉體顆粒通電，使顆粒帶上同種電荷，增加排斥反應(yīng)來控制團(tuán)聚。這種方法的關(guān)鍵是讓顆粒帶上最大限度的電荷，其方法有：接觸帶電、感應(yīng)帶電和電暈帶電。其中，電暈帶電是最有效的方法。

圖片來源：重慶任丙科技

液體介質(zhì)中粉體團(tuán)聚的控制方法

（1）有機(jī)物洗滌

在液相法制備陶瓷粉體時(shí)，在干燥過程的固液混合狀態(tài)下，必須在固液混合狀態(tài)下將液相中殘余的各種鹽類雜質(zhì)離子，如NH3、OH-、Cl-等盡可能徹底地除盡，一般通過洗滌來實(shí)現(xiàn)。如用有機(jī)溶劑洗滌，即用表面張力比水低的醇、丙酮等有機(jī)溶劑洗滌以取代殘留在顆粒間的水，減小液橋作用，可獲得團(tuán)聚程度較輕的粉料。

（2）加入分散劑

使用分散劑是抑制團(tuán)聚的最好措施。它們在液相中有兩個(gè)作用：一是吸附作用，降低界面的表面張力；二是膠團(tuán)化作用。利用它們在固液界面的吸附作用，形成一層液膜，阻礙顆粒間相互接觸，同時(shí)降低界面的表面張力，從而減小毛細(xì)管的吸附力；并且還能通過庫侖力及空間位阻作用，防止顆粒接觸及產(chǎn)生排斥力，抑制團(tuán)聚體形成。較常用的分散劑有醇類、酮類有機(jī)物、胺鹽和明膠等。

分散劑的種類

（3）共沸蒸餾

采用共沸蒸餾法能較有效地防止硬團(tuán)聚的形成。這種方法是將洗除了雜質(zhì)離子(如Cl-、NO3-等)的濾餅與有機(jī)溶劑如醇、甲苯、二甲苯等攪拌混合后，轉(zhuǎn)入蒸餾瓶中共沸處理。在共沸溫度下，濾餅內(nèi)的水分子以共沸物的形式被帶出而脫除。當(dāng)濾餅內(nèi)的水分完全被脫除后，再升溫到沸點(diǎn)，繼續(xù)回流一段時(shí)間排出有機(jī)溶劑。蒸餾脫水后的濾餅在烘箱中干燥后再煅燒，最后得到無硬團(tuán)聚的非常疏松的超細(xì)粉體。

（4）特殊干燥工藝

干燥技術(shù)對納米粉體的性能有顯著的影響，在表面張力的作用下，隨著膠體中液體的揮發(fā)，極易產(chǎn)生凝膠孔的塌陷而顆粒的聚集和長大。近年來開發(fā)和發(fā)展了幾種合適納米粉體干燥的方法，如冷凍干燥、超流體干燥和噴霧干燥。

03 小

近年來，一些新穎的方法在制備無團(tuán)聚粉體方面表現(xiàn)出良好的效果，如氣相合成法，該法易于控制反應(yīng)條件，反應(yīng)物容易精制，反應(yīng)氣氛易于控制，只要控制反應(yīng)氣相足夠稀薄，就能得到少團(tuán)聚，甚至不團(tuán)聚的超細(xì)陶瓷粉，如TiO2、SiO2、Al2O3、氮化物等均可采用此法制取粉體。

參考來源：

[1]宋希文等.氧化鋁超細(xì)粉末中團(tuán)聚產(chǎn)生的原因及消除機(jī)理

[2]劉劍.粉體團(tuán)聚的控制措施

[3]李永青.ZrO2超細(xì)粉體的制備及控制其團(tuán)聚的措施

[4]程浩.納米氧化鋯粉體抗團(tuán)聚老化性的研究