陶瓷添加剂的功能及其作用机理课件

1、陶瓷添加剂定义和分类1.1定义：是指为了提高产品的质量和效果而加入到配料中的少量和微量的试剂。隶属于精细化工中的一个重要门类。对于提高产品质量、增加产量和降低能耗将起着不容忽视的巨大作用。1、陶瓷添加剂定义和分类1.1定义：是指为了提高产品的质量11.2分类一般分类方法：（1）按照添加剂的状态：粉状和液体状；（2）按照使用功能：分散剂、增塑剂、助磨剂等；（3）按照使用领域：普通陶瓷添加剂和新型陶瓷添加剂。还可以按照化学组成：无机添加剂、有机添加剂、高分子添加剂；按照工艺条件：坯料用添加剂、成型添加剂、烧结用添加剂、釉料添加剂；成型工艺来分：浇筑成型添加剂、挤压成型添加剂等。1.2分类一般分类方法：22、陶瓷的功能和作用2.1功能在陶瓷生产中主要起到提高产品质量和性能，降低能耗。·过程性添加剂改善加工条件，加快设备运行速率，简化制备工艺，eg.分散剂、助烧剂。·功能型添加剂加入后使得产品具备某种特殊的性能，eg.稀土改性添加剂、纳米添加剂。2、陶瓷的功能和作用2.1功能·过程性添加剂改善加工条件，32.2作用（1）分散作用1.固体颗粒在液体介质中分散后形成的体系存在热力学上不稳定的特点，有团聚的趋势，分散剂可以很好的阻止这种现象。2.2作用42.分散作用原理分散机理静电稳定机理空间位阻稳定机理静电位阻稳定机理竭尽稳定作用2.分散作用原理分散机理静电稳定机理空间位阻稳定机理静电位阻5a.静电稳定机理在固/液悬浮体系中，由于粒子表面电荷的存在，形成了双电层结构和Zeta电位。粒子间静电斥力的大小取决于Zeta电位，而Zeta电位取决于粒子的表面电荷以及电荷密度，电荷密度越高，Zeta电位越高。无机分散剂（三聚磷酸钠，焦磷酸钠）电离成离子后吸附于颗粒表面，颗粒表面形成一种双电层的结构，使其表面电荷密度提高，通过表面同种电荷斥力作用，克服了颗粒间的范德华吸引力，实现分散效果。a.静电稳定机理6b.空间位阻稳定机理空间位阻机理也称为立体效应或熵效应，主要指颗粒表面上吸附了某些高分子化合物，粒子之间出现体积效应，在一定程度上粒子失去自由活动的空间，相应地降低其熵值，同时增加了粒子之间的相互排斥作用，使分散粒子的接触受到空间障碍，保持了分散体系的稳定性。空间位阻机理主要是对聚合物分散剂而言的，其优越的性能取决于其结构中特有的锚固基团和溶剂化链b.空间位阻稳定机理7c.静电位阻稳定机理

将颗粒间静电斥力和空间位阻两种力量共同作用以获得的稳定称为静电空间位阻稳定。粉体颗粒进入溶解有聚合物的溶液后，聚合物分子很快紧密吸附到颗粒表面，并形成稳定的双电层，颗粒相互靠近时既会受到双电层间相互作用产生的静电斥力，又会受到聚合物分子间的位阻作用，从而使颗粒处于一种平衡状态。静电位阻稳定机制能够防止已分散的粒子发生絮凝，最大程度的维持悬浮液的稳定，也是性能优良的分散剂的主要分散机制。而且在制备高固含量的悬浮液时，静电位阻稳定是最有效的途径之一。c.静电位阻稳定机理8d.竭尽稳定作用

非离子型聚合物没有吸附在固体颗粒表面，它只是以一定的浓度游离分散在颗粒周围的悬浮液中，颗粒互相靠近，聚合物分子从两颗表面区域，即竭尽区域有规律的在介质中重新分布。

d.竭尽稳定作用9（2）悬浮稳定作用一些不溶于水或者微溶于水的固体颗粒可以借助某些陶瓷添加剂，比较均匀的分散于液态介质中，形成一种颗粒细小的高悬浮、能流动的稳定液固体系，起到改善料浆悬浮稳定性的作用。类似于分散剂，不过分散剂主要用于浆料中；悬浮稳定剂主要在釉料中。（2）悬浮稳定作用类似于分散剂，不过分散剂主要用于浆料中；10陶瓷釉料悬浮体系中，颗粒/液珠间主要存在三种相互作用力：a.范德华引力b.颗粒表面的双电层相互作用产生的斥力；c.由颗粒表面吸附了高分子化合物或者表面活性剂而形成的所谓空间相互作用产生的斥力。陶瓷釉料悬浮体系中，颗粒/液珠间主要存在三种相互作用力：11（3）助磨作用是具有助磨作用的陶瓷添加剂的统称。能够：提高研磨效率加快破碎的速度具有一定的分散作用，改变浆料的流变学特征（3）助磨作用122.助磨的原理吸附降低硬度学说助磨剂在颗粒上的吸附降低了颗粒表面的自由能或者引起近表面层晶格的位错迁移，产生点缺陷或者线缺陷，降低颗粒的强度和硬度。矿浆流变学调节学说类似分散剂，改善物料的流变学特征和颗粒表面的电性质，降低釉料的粘度，提高流动性，促进颗粒的分散，阻止颗粒之间、颗粒与研磨介质之间及衬板之间的团聚和粘附，提高物料连续通过磨机的速度，改善研磨介质的粉磨作用。2.助磨的原理吸附降低硬度学说助磨剂在颗粒上的吸附降低了颗粒13粗磨细磨产品助磨剂能降低破碎能；增加脆性断裂概率以防止塑性变形。阻止细颗粒的絮凝和再次聚集/强化分散；调节讲题的流变特性。高效、节能的粉磨效果粗磨细磨产品助磨剂能降低破碎能；增加脆性断裂概率以防止塑性变14（4）增强作用足够长的高分子链聚合物在陶瓷颗粒表面架桥，产生交联作用。有机高分子包裹颗粒表面，形成氢键增强结合。（4）增强作用15（5）黏结作用减少颗粒之间的摩擦，增加可塑性和黏结性，提高生坯的强度。陶瓷颗粒表面的高分子聚合物或者表面活性剂，能够打破粘合剂与陶瓷物料链条间的界面，形成牢固的过渡区，使得整个体系能够均布各种应力，增加强度。脊性原料较多的坯体强度差时常用。（5）黏结作用16（6）助烧作用降低烧结温度，达到节能提质的目标。（6）助烧作用17与烧结相形成固溶体增加结构缺陷，有利于离子扩散，降低烧结温度阻止晶型转变有些氧化物煅烧过程中容易发生体积变化导致坯体开裂，带来致密化困难，合适的添加剂能抑制。抑制晶粒长大对二次结晶或间断性晶粒长大过快具有抑制，带来制品的显微结构更加致密。产生液相形成液相可以降低烧结温度。合适的液相能够增加颗粒重排和传质过程。与烧结相形成固溶体增加结构缺陷，有利于离子扩散，降低烧结温度18烧结温度范围加入适当的外加剂可以增加烧结温度的范围，有利于烧结制度的控制过渡液相烧结降低烧结温度并提高性能低熔点的添加物可以在烧结过程中较低温时候先形成液相促进烧结，后期可以作为最终相进入主相掺杂改性，低熔点物质的双重效应。烧结温度范围加入适当的外加剂可以增加烧结温度的范围，有利于烧19（7）减水作用是为了在陶瓷压力注浆成型过程中提高泥浆的脱水性能，改善陶瓷料浆性能，使得料浆在低的用水量下具有适当的粘度、流动性、和高固相含量。含水量减少又能生产的好处：干缩降低石膏的吸水率降低模型的干燥时间降低生产效率提高（7）减水作用20静电斥力泥浆水化后，离子间的范德华力以及泥浆主要矿物等都会带有不同电荷而絮凝减水剂中的负离子会吸附在正电荷表面，而形成静电斥力空间位阻泥浆颗粒表面呈现出各种的吸附形态形成的空间位阻作用主要是取决于分子结构、吸附的形态和吸附厚度润湿润湿对颗粒的表面扩散有很好的促进。润滑微粒的表面会形成一层稳定的溶剂化水膜。静电斥力泥浆水化后，离子间的范德华力以及泥浆主要矿物等都会带21（8）消泡作用气泡的再分布气泡膜的减薄气泡膜的破裂泡沫在料浆或者釉料中，属于非匀相体系。会带来烧结和产品的缺陷。自然状态下的泡沫消除过程需要经历以下三个步骤：时间太过漫长，所以我们需要借助化学手段，增加特殊的化学物质，以达到快速的减少或者消除泡沫的目的。（8）消泡作用气泡的再分布气泡膜的减薄气泡膜的破裂泡沫在料浆22化学反应法发泡剂之间发生反应或者使其溶解；形成难溶盐类，使得泡沫破裂。降低膜强度法降低膜的表面黏度造成局部张力差异化学反应法发泡剂之间发生反应或者使其溶解；形成难溶盐类，使得23作为消泡剂的物质必须具备的条件：基本不溶于起泡剂液比起泡液具有更低的表面张力容易分散在起泡液中而不是溶解具有良好的化学惰性作为消泡剂的物质必须具备的条件：基本不溶于起泡剂液比起泡液具24（9）着色作用用于陶瓷着色的材料称为陶瓷着色剂，通常是无机化合物，只有无机颜料才能在高温下烧结而不发生分解，并且与基质釉料融为一体。（9）着色作用用于陶瓷着色的材料称为陶瓷着色剂，通常是无机化25晶体着色理论如铁红的红色源自氧配位多面体中的氧离子和过渡金属元素铁离子间的电荷转移。离子着色理论对于某些金属元素离子而言，他们的能量较高，不稳定，只要少量的能量就能激发，能吸收可见光。Co2+能吸收橙、黄色和部分绿光，而呈现带紫的蓝色胶态着色理论胶态金属以及无机非金属胶体粒子，对于金属胶体，吸收光谱和着色色调决定于粒子尺寸大小。对于无机非金属取决于化学组成。晶体着色理论如铁红的红色源自氧配位多面体中的氧离子和过渡金属26（10）偶联作用

偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中的一部分基团可与无机表面的化学基团反应，形成化学键合；另一部分基团则有亲有机物的性质，可与有机分子发生化学反应或产生较强的分子间作用，从而将两种性质截然不同的材料牢固地结合起来，改善无机填料在聚合物基体中的分散状态，提高填充聚合物材料的力学性能和使用性能。（10）偶联作用偶联剂是一类具有两性结构的物质，它们分子中27白炭黑被偶联剂改性后接触角测定实验白炭黑被偶联剂改性后接触角测定实验28化学键理论认为偶联剂是一种化学官能团，与其他物质之间形成质子作用，形成共价键，在无机相和有机相之间桥梁搭接，导致界面结合加强。浸润效应和表面能理论如果能够在表面完全浸润，可以达到表面吸附能高于其黏结强度。可变形理论形成的中间层是一种可变形层，能够松弛应力，阻止裂纹扩展，改善界面强度。拘束层理论与可变形理论相对，偶联剂除了与填料表面产生粘合，还会与界面上的聚合物紧密连接。化学键理论认为偶联剂是一种化学官能团，与其他物质之间形成质子29（11）润滑作用

是通过润湿粉料颗粒表面，降低颗粒之间的动、静摩擦系数，在颗粒表面形成疏水基向外的反向吸附，增大彼此间的润滑性，从而减少阻力，提高颗粒间的流动性；在干压成型、半干压成型、热压成型、挤出成型等工艺尤其重要。（11）润滑作用是通过润湿粉料颗粒表面，降低颗粒之间的动、30表面张力小，易于铺开热稳定性好，不会因为温度而失去防黏性质挥发性小，沸点高，不会挥发失效黏度高，吸附模具的能力强分子的烃链要长，易于形成致密的油膜牢固吸附，防止油膜的脱落表面张力小，易于铺开热稳定性好，不会因为温度而失去防黏性质挥313、陶瓷添加剂的使用原则了解各种添加剂的特性与共性、他们之间的相容性及相互作用情况；熟悉陶瓷配方组成各种原料的物化性能、在各工序中的作用及存在形式，了解添加剂与各原料的物化性能。亲水系统采用水溶性高分子、憎水系统采用水乳性根据实际的问题采用合适的添加剂添加剂的量要在合适的范围内，一般0.1%~1%注意陶瓷添加剂与基质材料的烧结与共融性质3、陶瓷添加剂的使用原则了解各种添加剂的特性与共性、他们之间321、陶瓷添加剂定义和分类1.1定义：是指为了提高产品的质量和效果而加入到配料中的少量和微量的试剂。隶属于精细化工中的一个重要门类。对于提高产品质量、增加产量和降低能耗将起着不容忽视的巨大作用。1、陶瓷添加剂定义和分类1.1定义：是指为了提高产品的质量331.2分类一般分类方法：（1）按照添加剂的状态：粉状和液体状；（2）按照使用功能：分散剂、增塑剂、助磨剂等；（3）按照使用领域：普通陶瓷添加剂和新型陶瓷添加剂。还可以按照化学组成：无机添加剂、有机添加剂、高分子添加剂；按照工艺条件：坯料用添加剂、成型添加剂、烧结用添加剂、釉料添加剂；成型工艺来分：浇筑成型添加剂、挤压成型添加剂等。1.2分类一般分类方法：342、陶瓷的功能和作用2.1功能在陶瓷生产中主要起到提高产品质量和性能，降低能耗。·过程性添加剂改善加工条件，加快设备运行速率，简化制备工艺，eg.分散剂、助烧剂。·功能型添加剂加入后使得产品具备某种特殊的性能，eg.稀土改性添加剂、纳米添加剂。2、陶瓷的功能和作用2.1功能·过程性添加剂改善加工条件，352.2作用（1）分散作用1.固体颗粒在液体介质中分散后形成的体系存在热力学上不稳定的特点，有团聚的趋势，分散剂可以很好的阻止这种现象。2.2作用362.分散作用原理分散机理静电稳定机理空间位阻稳定机理静电位阻稳定机理竭尽稳定作用2.分散作用原理分散机理静电稳定机理空间位阻稳定机理静电位阻37a.静电稳定机理在固/液悬浮体系中，由于粒子表面电荷的存在，形成了双电层结构和Zeta电位。粒子间静电斥力的大小取决于Zeta电位，而Zeta电位取决于粒子的表面电荷以及电荷密度，电荷密度越高，Zeta电位越高。无机分散剂（三聚磷酸钠，焦磷酸钠）电离成离子后吸附于颗粒表面，颗粒表面形成一种双电层的结构，使其表面电荷密度提高，通过表面同种电荷斥力作用，克服了颗粒间的范德华吸引力，实现分散效果。a.静电稳定机理38b.空间位阻稳定机理空间位阻机理也称为立体效应或熵效应，主要指颗粒表面上吸附了某些高分子化合物，粒子之间出现体积效应，在一定程度上粒子失去自由活动的空间，相应地降低其熵值，同时增加了粒子之间的相互排斥作用，使分散粒子的接触受到空间障碍，保持了分散体系的稳定性。空间位阻机理主要是对聚合物分散剂而言的，其优越的性能取决于其结构中特有的锚固基团和溶剂化链b.空间位阻稳定机理39c.静电位阻稳定机理

将颗粒间静电斥力和空间位阻两种力量共同作用以获得的稳定称为静电空间位阻稳定。粉体颗粒进入溶解有聚合物的溶液后，聚合物分子很快紧密吸附到颗粒表面，并形成稳定的双电层，颗粒相互靠近时既会受到双电层间相互作用产生的静电斥力，又会受到聚合物分子间的位阻作用，从而使颗粒处于一种平衡状态。静电位阻稳定机制能够防止已分散的粒子发生絮凝，最大程度的维持悬浮液的稳定，也是性能优良的分散剂的主要分散机制。而且在制备高固含量的悬浮液时，静电位阻稳定是最有效的途径之一。c.静电位阻稳定机理40d.竭尽稳定作用

非离子型聚合物没有吸附在固体颗粒表面，它只是以一定的浓度游离分散在颗粒周围的悬浮液中，颗粒互相靠近，聚合物分子从两颗表面区域，即竭尽区域有规律的在介质中重新分布。

d.竭尽稳定作用41（2）悬浮稳定作用一些不溶于水或者微溶于水的固体颗粒可以借助某些陶瓷添加剂，比较均匀的分散于液态介质中，形成一种颗粒细小的高悬浮、能流动的稳定液固体系，起到改善料浆悬浮稳定性的作用。类似于分散剂，不过分散剂主要用于浆料中；悬浮稳定剂主要在釉料中。（2）悬浮稳定作用类似于分散剂，不过分散剂主要用于浆料中；42陶瓷釉料悬浮体系中，颗粒/液珠间主要存在三种相互作用力：a.范德华引力b.颗粒表面的双电层相互作用产生的斥力；c.由颗粒表面吸附了高分子化合物或者表面活性剂而形成的所谓空间相互作用产生的斥力。陶瓷釉料悬浮体系中，颗粒/液珠间主要存在三种相互作用力：43（3）助磨作用是具有助磨作用的陶瓷添加剂的统称。能够：提高研磨效率加快破碎的速度具有一定的分散作用，改变浆料的流变学特征（3）助磨作用442.助磨的原理吸附降低硬度学说助磨剂在颗粒上的吸附降低了颗粒表面的自由能或者引起近表面层晶格的位错迁移，产生点缺陷或者线缺陷，降低颗粒的强度和硬度。矿浆流变学调节学说类似分散剂，改善物料的流变学特征和颗粒表面的电性质，降低釉料的粘度，提高流动性，促进颗粒的分散，阻止颗粒之间、颗粒与研磨介质之间及衬板之间的团聚和粘附，提高物料连续通过磨机的速度，改善研磨介质的粉磨作用。2.助磨的原理吸附降低硬度学说助磨剂在颗粒上的吸附降低了颗粒45粗磨细磨产品助磨剂能降低破碎能；增加脆性断裂概率以防止塑性变形。阻止细颗粒的絮凝和再次聚集/强化分散；调节讲题的流变特性。高效、节能的粉磨效果粗磨细磨产品助磨剂能降低破碎能；增加脆性断裂概率以防止塑性变46（4）增强作用足够长的高分子链聚合物在陶瓷颗粒表面架桥，产生交联作用。有机高分子包裹颗粒表面，形成氢键增强结合。（4）增强作用47（5）黏结作用减少颗粒之间的摩擦，增加可塑性和黏结性，提高生坯的强度。陶瓷颗粒表面的高分子聚合物或者表面活性剂，能够打破粘合剂与陶瓷物料链条间的界面，形成牢固的过渡区，使得整个体系能够均布各种应力，增加强度。脊性原料较多的坯体强度差时常用。（5）黏结作用48（6）助烧作用降低烧结温度，达到节能提质的目标。（6）助烧作用49与烧结相形成固溶体增加结构缺陷，有利于离子扩散，降低烧结温度阻止晶型转变有些氧化物煅烧过程中容易发生体积变化导致坯体开裂，带来致密化困难，合适的添加剂能抑制。抑制晶粒长大对二次结晶或间断性晶粒长大过快具有抑制，带来制品的显微结构更加致密。产生液相形成液相可以降低烧结温度。合适的液相能够增加颗粒重排和传质过程。与烧结相形成固溶体增加结构缺陷，有利于离子扩散，降低烧结温度50烧结温度范围加入适当的外加剂可以增加烧结温度的范围，有利于烧结制度的控制过渡液相烧结降低烧结温度并提高性能低熔点的添加物可以在烧结过程中较低温时候先形成液相促进烧结，后期可以作为最终相进入主相掺杂改性，低熔点物质的双重效应。烧结温度范围加入适当的外加剂可以增加烧结温度的范围，有利于烧51（7）减水作用是为了在陶瓷压力注浆成型过程中提高泥浆的脱水性能，改善陶瓷料浆性能，使得料浆在低的用水量下具有适当的粘度、流动性、和高固相含量。含水量减少又能生产的好处：干缩降低石膏的吸水率降低模型的干燥时间降低生产效率提高（7）减水作用52静电斥力泥浆水化后，离子间的范德华力以及泥浆主要矿物等都会带有不同电荷而絮凝减水剂中的负离子会吸附在正电荷表面，而形成静电斥力空间位阻泥浆颗粒表面呈现出各种的吸附形态形成的空间位阻作用主要是取决于分子结构、吸附的形态和吸附厚度润湿润湿对颗粒的表面扩散有很好的促进。润滑微粒的表面会形成一层稳定的溶剂化水膜。静电斥力泥浆水化后，离子间的范德华力以及泥浆主要矿物等都会带53（8）消泡作用气泡的再分布气泡膜的减薄气泡膜的破裂泡沫在料浆或者釉料中，属于非匀相体系。会带来烧结和产品的缺陷。自然状态下的泡沫消除过程需要经历以下三个步骤：时间太过漫长，所以我们需要借助化学手段，增加特殊的化学物质，以达到快速的减少或者消除泡沫的目的。（8）消泡作用气泡的再分布气泡膜的减薄气泡膜的破裂泡沫在料浆54化学反应法发泡剂之间发生反应或者使其溶解；形成难溶盐类，使得泡沫破裂。降低膜强度法降低膜的表面黏度造成局部张力差异化学反应法发泡剂之间发生反应或者使其溶解；形成难溶盐类，使得55作为消泡剂的物质必须具备的条件：基本不溶于起泡剂液比起泡液具有更低的表面张力容易分散在起泡液中而不是溶解具有良好的化学惰性作为消泡剂的物质必须具备的条件：基本不溶于起泡剂液比起泡液具56（9）着色作用用于陶瓷着色的材料称为陶瓷着色剂，通常是无机化合物，只有无机颜料才能在高温下烧结而不发生分解，并且与基质釉料融为一体。（9）着色作用用于陶瓷着色的材料称为陶瓷着色剂，通常是无机化57晶体着色理论如铁红的红色源自氧配位多面体中的氧离子和过渡金属元素铁离子间的电荷转移。离子着色理论对于某些金属元素离子而言，他们的能量较高，不稳定，只要少量的能量就能激发，能吸收可见光。Co2+能吸收橙、黄色和部分绿光，而呈现带紫的蓝色胶态着色理论胶态金属以及无机非金属胶体粒子，对于金属胶体，吸收光谱和着色色调决定于粒子尺寸大小。对于无机非金属取决于化学组成。晶体着色理论如铁红的红色源自氧配位多面体中的氧离子和