As partículas cerâmicas têm uma ampla gama de aplicações em ciência de materiais, eletrônica, engenharia química, medicina e outras áreas, mas devido à sua alta energia superficial e características de fácil agregação, a dispersão sempre foi um desafio importante na preparação de materiais cerâmicos de alto desempenho. Este artigo apresentará tipos comuns de partículas cerâmicas e recomendará dispersantes adequados para diferentes materiais cerâmicos para melhorar a estabilidade da dispersão e o desempenho do processamento.
Primeiro. Classificação de partículas cerâmicas comuns
As partículas cerâmicas podem ser divididas em óxidos, carbonetos, nitretos, boretos, etc. de acordo com sua composição química. A seguir estão algumas partículas cerâmicas típicas e suas aplicações:
1. Cerâmica de óxido
Óxido de alumínio (Al2O3): alta dureza, resistência a altas temperaturas, utilizado para abrasivos, materiais refratários e substratos eletrônicos.
ZrO2 (Zircônia): Alta tenacidade, utilizado em restaurações dentárias, rolamentos, sensores de oxigênio.
SiO2 (dióxido de silício): usado em revestimentos, enchimentos e vidros ópticos.
TiO2 (dióxido de titânio): fotocatálise, pigmento, material protetor solar.
ZnO (Óxido de Zinco): Varistor, material antibacteriano, agente de reforço de borracha.
2. Cerâmica de metal duro
SiC (bigodes e partículas de carboneto de silício): reforçado e temperado, altamente condutor térmico, resistente ao desgaste, usado em semicondutores, pastilhas de freio e componentes resistentes a altas temperaturas.
B4C (carboneto de boro): um material superduro usado em armaduras à prova de balas e absorvedores de nêutrons em reatores nucleares.
WC (carboneto de tungstênio): ferramentas de corte de liga dura, brocas.
3. Cerâmica de nitreto
Si3N4 (nitreto de silício): alta tenacidade, autolubrificante, utilizado em rolamentos e componentes de motores.
AlN (nitreto de alumínio): alta condutividade térmica, isolante, utilizado em substratos de embalagens eletrônicas.
BN (nitreto de boro): BN hexagonal (lubrificante), BN cúbico (abrasivo superduro).
4. Cerâmica boreta
TiB2 (diboreto de titânio): alto ponto de fusão, condutor, usado como material de eletrodo e revestimento resistente ao desgaste.
ZrB2 (diboreto de zircônio): Cerâmica de ultra alta temperatura usada para materiais de proteção térmica aeroespacial.
5. Cerâmica compósita/funcional
BaTiO3 (titanato de bário): um material ferroelétrico usado em capacitores e dispositivos piezoelétricos.
PZT (titanato zirconato de chumbo): cerâmica piezoelétrica utilizada em sensores e transdutores ultrassônicos.
Segundo. O problema de dispersão de partículas cerâmicas
Partículas cerâmicas, devido à sua alta energia superficial e pequeno tamanho de partícula (especialmente partículas em nanoescala), são propensas à aglomeração, levando a:
1.O aumento da viscosidade da pasta afeta suas propriedades reológicas.
2. A sinterização irregular reduz as propriedades mecânicas dos produtos cerâmicos.
3. A dispersão irregular em revestimentos ou materiais compósitos afeta o desempenho funcional.
Portanto, a escolha do dispersante cerâmico apropriado é crucial.
Terceiro. Classificação e seleção de dispersantes cerâmicos
A função dos dispersantes cerâmicos é reduzir as forças de van der Waals entre as partículas e melhorar a estabilidade da suspensão. De acordo com suas propriedades químicas, os dispersantes podem ser divididos nas seguintes categorias:
1. Dispersante iônico
Adequado para sistemas à base de água, estabilizando partículas através de repulsão eletrostática.
Tipo aniônico (com carga negativa):
Poliacrilato de sódio (PAAS): adequado para cerâmicas de óxido como Al2O3, SiO3, ZrO2, etc.
Dodecilbenzenossulfonato de sódio (SDBS): comumente usado em cerâmicas não óxidos, como SiC e Si3N4.
Tipo catiônico (com carga positiva):
Brometo de hexadeciltrimetilamônio (CTAB): adequado para partículas cerâmicas carregadas negativamente (como parcialmente ZrO2).
2. Dispersantes não iônicos
Adequado para sistemas de solventes orgânicos, estabilizando partículas através de impedimento estérico.
Polivinilpirrolidona (PVP): adequada para cerâmicas não óxidos como SiC, AlN, BN, etc.
Polietilenoglicol (PEG): adequado para cerâmicas funcionais como BaTiO3 e PZT.
Série BYK (como BYK-110): adequada para pastas cerâmicas com alto teor de sólidos.
3. Agente de acoplamento
Utilizado para melhorar a compatibilidade entre cerâmicas e substratos orgânicos, tais como:
Agentes de acoplamento de silano (KH-550, KH-570): adequados para cerâmicas de óxido como SiO2 e Al2O3.
Agente de acoplamento éster de titânio (NDZ-101): adequado para cerâmicas de alta energia superficial, como SiC e TiB2.
4. Dispersante de polímero
Adequado para nanopartículas cerâmicas para evitar aglomeração secundária.
Ácido poliacrílico (PAA): adequado para nano ZrO2, TiO2, etc.
Polimetilmetacrilato (PMMA): adequado para cerâmicas de nitreto como Si3N4 e AlN.
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