陶瓷顏料
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陶瓷顏料范文第1篇
1 前言
隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與普及，噴墨打印技術(shù)正突破常規(guī)，進入到了我們所熟悉和不熟悉的領(lǐng)域，例如：辦公室文件打印、戶外廣告噴繪、數(shù)碼照片沖印、紡織品噴墨印花等，還有生物技術(shù)、生物工程、法學(xué)、金屬沉淀學(xué)、微結(jié)構(gòu)制造、電子制造、網(wǎng)絡(luò)連接、制藥、玻璃、陶瓷裝飾及顯示器制造等各個領(lǐng)域。
陶瓷噴墨打印技術(shù)作為一種數(shù)字化技術(shù)，是將小墨滴從直徑為數(shù)十微米的噴嘴噴出，以每秒數(shù)千滴的速度沉積在載體上，可以實現(xiàn)無機材料表面的隨意裝飾，可以將任意復(fù)雜花色的圖案像彩色打印一樣打印到陶瓷以及玻璃的表面上。打印機的工作類型有兩種：需求噴墨打印機和連續(xù)噴墨打印機。噴墨打印頭有三類：一是使用壓電陶瓷元件將機械振動轉(zhuǎn)變成墨水壓力波，從而排出墨滴的系統(tǒng)；二是使墨水驟然加熱而產(chǎn)生氣泡，從而通過氣泡壓力波排出墨滴的系統(tǒng)；三是吸取墨水，并通過靜電力使其定向飛揚的系統(tǒng)。
在陶瓷產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)鍵時期，陶瓷噴墨技術(shù)以其“資源化、低碳化、數(shù)字化、個性化、功能化、智能化”發(fā)展的特點，在陶瓷行業(yè)掀起了一股“巨浪”。自2009年中國引進第一臺噴墨打印機開始，中國噴墨市場就在被逐漸地打開，其分別經(jīng)歷了國產(chǎn)化第一階段的“萌芽期”和第二階段“青澀期”。至此，噴墨市場進入完全的“成熟期”。具體來說，從2011開始就進入了一個全面開啟的“井噴期”，這個“井噴期”還將繼續(xù)持續(xù)，在未來的某個時候，市場容量可能達到1000臺。
2 陶瓷噴墨打印的優(yōu)勢
陶瓷噴墨打印技術(shù)具有以下明顯的特點與優(yōu)勢。
（1） 個性化
能夠?qū)崿F(xiàn)個性化設(shè)計與制造，既節(jié)省時間，又提高效率。
（2） 精細化
幾何形狀由計算機軟件控制，圖像分辨率高，可制作各種復(fù)雜圖案。
（3） 高速化
如：在紙品印刷上，印刷速度可達6～10m/s。
（4） 網(wǎng)絡(luò)化
適應(yīng)面廣，機械化、自動化程度高。該系統(tǒng)由計算機控制，從圖案設(shè)計到噴墨程序再到執(zhí)行步驟，印刷圖案可在短短的幾秒鐘內(nèi)迅速變換，并可通過網(wǎng)絡(luò)遠距離傳輸。
（5） 無接觸
和絲網(wǎng)印花相比，它屬于無接觸印花。它沒有絲網(wǎng)作為介質(zhì)，與被裝飾的形狀復(fù)雜半成品表面相接觸的只是油墨。能突破現(xiàn)有裝飾手段中的一些人為因素的制約，進一步提高陶瓷裝飾效果。
（6） 低碳化、資源化
與陶瓷其他裝飾方法相比，大大減少了色料、釉料的浪費。
（7） 智能化、功能化
陶瓷噴墨打印技術(shù)可應(yīng)用于固體氧化物電池的制造、多層顯微電路制造、結(jié)構(gòu)或壓電有序陶瓷復(fù)合材料制備，以及小體積高復(fù)雜的整體陶瓷元件的制造等。
3 陶瓷墨水的組成與性能
陶瓷噴墨技術(shù)的核心組成材料——陶瓷墨水通常由陶瓷粉料（色料、著色劑、釉料）、溶劑、分散劑、結(jié)合劑、表面活性劑及其它輔料構(gòu)成。陶瓷粉料（色料、著色劑、釉料）是墨水的核心物質(zhì)。要求其顆粒度小于1μm，平均粒徑為0.5μm，顆粒尺寸分布要窄，顆粒之間不能有強團聚，具有良好的穩(wěn)定性，受溶劑等其它物質(zhì)的影響小。溶劑是把陶瓷粉料（色料、著色劑）從打印機輸送到受體上的載體，同時，又控制著干燥時間，使墨水粘度、表面張力等不易隨溫度變化而改變。溶劑一般采用水溶性有機溶劑，如：醇、多元醇、多元醇醚和多糖等。分散劑是幫助陶瓷粉料（色料）均勻地分布在溶劑中，并保證在噴印前粉料不發(fā)生團聚。分散劑主要是一些水溶性和油溶性高分子類、苯甲酸及其衍生物、聚丙烯酸及其共聚物等。結(jié)合劑是保障打印的陶瓷坯體或色料具有一定的強度，便于生產(chǎn)操作，同時，可調(diào)節(jié)墨水的流動性能，通常樹脂能起到結(jié)合劑和分散劑的雙重作用。表面活性劑是控制墨水的表面張力在適合的范圍內(nèi)。而其它輔助材料主要有墨水pH值調(diào)節(jié)劑、催干劑、防腐劑等。
陶瓷墨水的性能要求為除普通墨水的顆粒度、粘度、表面張力、電導(dǎo)率、pH值以外，根據(jù)陶瓷應(yīng)用特點還要求一些特殊性能。如：要求陶瓷粉料（色劑）在溶劑中能保持良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，經(jīng)長時間存放，不會出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)變化和顆粒團聚沉淀；要求在打印過程中，陶瓷（色料）顆粒能在短時間內(nèi)以最有效的堆積結(jié)構(gòu)排列，附著牢固，獲得較大密度的打印層，以便煅燒后具有較高的燒結(jié)密度；要求打印的色劑具有高溫燒成后的穩(wěn)定性能、良好的呈色性能，以及與坯釉的匹配性能。
4 陶瓷墨水的制備
目前，行業(yè)內(nèi)陶瓷墨水常用的制備方法主要有溶膠法、反相微乳液法及分散法，三種方法各有優(yōu)缺點[19-21]。其中，溶膠法具有較高的分散穩(wěn)定性，物化性能容易調(diào)節(jié)而備受關(guān)注。但另一方面，溶膠液是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，所以，當其長時間放置時，會出現(xiàn)沉降現(xiàn)象；反相微乳液法雖然具有良好的分散穩(wěn)定性，但由于墨水中固含量偏低，所以限制了其發(fā)色性能，而且不適合組成復(fù)雜的顏料；分散法制備工藝簡單、成本低廉，但其分散穩(wěn)定性較差，在分散過程中，其顆粒形貌難以控制。因此，在噴墨打印時，容易堵塞噴頭，而且當墨水濃度較高時，容易出現(xiàn)絮凝、觸變等現(xiàn)象，從而影響打印效果。
除了以上三種方法外，隨著噴墨技術(shù)對顏料的要求越來越高，新的制備技術(shù)值得研究。如：化學(xué)共沉淀法、水熱法、蔓延燃燒法、微波加熱法、機械化學(xué)合成法、聲化學(xué)法等。對這些工藝技術(shù)的組合，如：超聲-共沉淀、共沉淀-水熱、微波-溶膠凝膠、微波-水熱、微乳液-水熱、自蔓延燃燒-水熱技術(shù)等。借助這些新工藝，使得陶瓷顏料的制備技術(shù)和性能會有新的突破。
4.1 化學(xué)共沉淀法制備陶瓷墨水
所謂化學(xué)共沉淀法即采用可溶性金屬鹽類與氫氧化物相互作用，生成沉淀的水合絡(luò)合物或形成復(fù)雜的多核絡(luò)合物，然后將沉淀物煅燒得到結(jié)晶產(chǎn)物。此法可以通過溶液中的各種化學(xué)反應(yīng)直接得到化學(xué)成分均一的超微粉體，使得各種成分的混合程度達到分子、原子級水平。此方法已在陶瓷顏料制備中得到廣泛應(yīng)用，目前，已用此法制備出著色力強、顆粒分布范圍窄的一系列陶瓷顏料。如：鈷鋁尖晶石顏料、鉻鋁鋅紅顏料、硫硒化鎘顏料、硫硒化鋅基顏料及透明氧化鐵黃顏料等。俞康泰等人采用化學(xué)共沉淀法制備了高品位、高溫穩(wěn)定的鉻錫紅色料。
近年來，超聲波技術(shù)在材料制備中發(fā)揮了越來越大的作用，借助超聲在溶液中產(chǎn)生的“空化效應(yīng)”，具有瞬時高溫高壓特性，可以合成粒度小、粒徑均勻、無團聚的納米陶瓷粉體。超聲技術(shù)與共沉淀技術(shù)結(jié)合，出現(xiàn)新技術(shù)——超聲-共沉淀技術(shù)。水熱法制備的粉體高結(jié)晶度、低缺陷密度。水熱技術(shù)與共沉淀技術(shù)結(jié)合，出現(xiàn)了新技術(shù)——共沉淀-水熱技術(shù)。
4.2 微波照射-溶膠凝膠法制備陶瓷墨水
微波照射-凝膠溶膠法具有反應(yīng)時間短、產(chǎn)率高的優(yōu)點。吳東輝等在晶體生長劑存在下，用微波照射溶膠凝膠兩步法制備了紡錘體α-Fe2O3，其產(chǎn)率高達100%。
4.3 微波水熱法制備陶瓷墨水
微波技術(shù)主要優(yōu)點是反應(yīng)體系升溫快、反應(yīng)速率快、反應(yīng)時間短、反應(yīng)選擇性高等。水熱法制備具有特定晶形、顆粒分散性好的納米顆粒，反應(yīng)需要在相對高的溫度和壓力下進行。微波場輻照作用與水熱反應(yīng)相結(jié)合，發(fā)展出了一種新的水熱合成方法——微波水熱技術(shù)。其優(yōu)點是，對反應(yīng)體系加熱迅速、均勻，不存在溫度梯度，對很多反應(yīng)體系具有加速化學(xué)反應(yīng)的效果。
4.4 微乳液-水熱法制備陶瓷墨水
微乳液法制備納米粒子具有實驗裝置簡單、操作容易，以及產(chǎn)物組分和粒徑可控等優(yōu)點，在制備單分散、細粒度納米粒子方面具有明顯的優(yōu)勢和廣泛的適用性，是理想的反應(yīng)器。微乳液法和水熱法結(jié)合，利用各自的優(yōu)點，出現(xiàn)了新技術(shù)——水熱-微乳液技術(shù)。
4.5 自蔓延-水熱法制備陶瓷墨水
自蔓延法利用原料自身的燃燒放熱，即可達到合成反應(yīng)所需的溫度，從而快速合成出氧化物粉體；水熱法制備粉體的主要驅(qū)動力是氧化物在不同狀態(tài)下溶解度的不同，制備的粉體結(jié)晶度高、缺陷密度低，集燃燒合成與水熱處理的優(yōu)點于一體——自蔓延-水熱法。如，具有反應(yīng)時間短、顆粒細小、均勻、分散性好、結(jié)晶完善等優(yōu)點。
5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
5.1 國外噴墨打印用陶瓷墨水的研究現(xiàn)狀
噴墨打印用陶瓷墨水的研究在國外起步較早，大量文獻報道主要集中在功能陶瓷墨水方面，包括以ZrO2、TiO2、CeO2、SiO2、SnO2、Al2O3、BaTiO3及PZT等為核心物質(zhì)的特種陶瓷墨水。在制備方法上主要采用直接分散法和溶膠法兩種。該類墨水屬于微型制造或快速原型制造用的陶瓷墨水，主要用于固體氧化物電池、多層顯微電路、壓電有序陶瓷復(fù)合材料，以及小體積高復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)陶瓷元件的制造。隨著噴墨打印技術(shù)在陶瓷裝飾方面的應(yīng)用，陶瓷裝飾墨水也隨之產(chǎn)生。1975年7月7日，美國的A.B.Dick公司申請了“用于玻璃的噴墨打印墨水混合物（Jet printing ink composition for glass， patent number US 004024096）”的專利。這是有關(guān)陶瓷裝飾用噴墨打印墨水最早的報道，該專利介紹了一種用于玻璃或涂釉陶瓷表面的噴墨打印墨水。其組成為：20wt%的酚醛清漆樹脂、3wt%～7wt%的防揮發(fā)劑（乙二醇乙醚或乙二醇酯）、乙醇、水（水是乙醇的50 wt%）、能電離的可溶性鹽（使得墨水電阻率超過2000Ω/cm）。1992年2月26日，美國Airey等人公開申請了名為“用于陶瓷或玻璃表面打印的噴墨打印機墨水（Ink jet printer ink for printing on ceramics or glass）”的專利[7]，此墨水的穩(wěn)定性及著色能力均較差。針對以往專利的不足，2000年1月7日，西班牙Ferro公司向美國專利商標局提交了一份名為“用于陶瓷釉面磚（瓦）和表面彩色噴墨印刷的獨特油墨和油墨組合”（Inks for the marking or decoration of objects，such as ceramic objects，patent number US 005273575）”的專利，該專利系統(tǒng)闡述了非水溶性陶瓷墨水的制備方法和多種中間顏色的組合，為陶瓷噴墨打印技術(shù)在建筑陶瓷磚中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2004年8月24日，以色列的DIP Tech Ltd.公司申請了“用于陶瓷表面的墨水（Ink for ceramic surfaces，patent number US 007803221 B2）”的專利。該專利介紹了一種在陶瓷和玻璃表面噴墨打印的墨水，包含納米二氧化硅和色料。2004年10月12日，意大利的Colorobbia Italia S.P.A.公司申請了“納米懸浮液形式的陶瓷著色劑（Ceramic colorants in the form of nanometric suspensions， patent number US 007316741 B2）”的專利。該專利介紹了由納米級顆粒所組成的懸浮液狀陶瓷著色劑，以及它們的產(chǎn)品和用途。2006年5月21日，以色列的SIMON KAHN-pYI Tec，Ltd.公司申請了“適用于陶瓷產(chǎn)品的著色墨水及其制備方法（Pigmented inks suitable for use with ceramics and method of producing same，patent number US 2008/0194733）” 的專利。該專利介紹了一種生產(chǎn)陶瓷裝飾用噴墨打印墨水的方法。目前，F(xiàn)erro公司已成為全球主要的陶瓷裝飾墨水生產(chǎn)商之一。同時，西班牙的Esmalglass-itaca、Torrecid、Colorobbia、Fritia、Salquisa、Bone公司和意大利的Smalticeram、Metco、Sicer公司也具有大規(guī)模生產(chǎn)陶瓷裝飾墨水的能力[8]。此外，A.Atkinson等人[9]采用溶膠法制備了連續(xù)式噴墨打印用陶瓷裝飾的Cr-Al紅墨水和Ni-Al藍墨水，采用陶瓷噴墨打印機對坯體進行裝飾，在900℃條件下燒成，效果良好。S.Obata等[10]人采用分散法制備了黃、紅、藍、黑四種陶瓷裝飾墨水.同時，對色料的粒度及分布、分散劑的種類及添加量、粘度、pH值等對墨水性能影響進行了系統(tǒng)研究，并確定了各參數(shù)的最優(yōu)值。
總之，在國外，隨著功能陶瓷墨水制備技術(shù)的研究與發(fā)展，其關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)開始逐步走向公開化，詳細的研究報道（包括：制備方法、配方等）很多。但是對于裝飾用的陶瓷墨水而言，可供參考的研究性文獻極少，其關(guān)鍵技術(shù)主要被掌握在少數(shù)西班牙陶瓷色釉料公司。我國要徹底突破此項技術(shù)，創(chuàng)出自己的民族品牌，需要企業(yè)家和科技工作者共同付出巨大的努力，必須基礎(chǔ)理論、材料制備與表征、工藝技術(shù)等各方面深入的研究。
5.2 國內(nèi)噴墨打印用陶瓷墨水的研究
國內(nèi)噴墨打印用陶瓷墨水的研究始于2000年。近年來，部分高等院校、研究所及企事業(yè)單位紛紛對噴墨打印用陶瓷墨水進行了研究報道[11-15]。目前，國內(nèi)已有部分研究單位申請了陶瓷墨水相關(guān)的發(fā)明專利。2004年1月8日，中科院化學(xué)所申請了《一種無機顏料水溶膠及制備方法和應(yīng)用》的專利，專利號：200410001432.0。2006年7月20日，中國制釉股份有限公司（臺灣）申請了《高色濃度微細化無機顏料其制法及無機顏料墨水組合》的專利，專利號：200610106160.X。2009年12月19日，廣東道氏制釉申請了《一種陶瓷噴墨打印用黑色顏料及其制備方法》（專利號：20091031 1821.6）和《一種陶瓷噴墨打印用棕色顏料及其制備方法》（專利號：200910311865） 的專利。2009年12月22日，廣東道氏制釉申請了《一種陶瓷噴墨打印用鋯鐵紅顏料及其制備方法》的專利，專利號：200910311976.X [21]。2010年2月1日，廣東科信達申請了《一種Mn-A1紅陶瓷色料的制備方法》的專利，專利號：200910311976.X。2011年7月5日，佛山歐神諾和博今科技聯(lián)合申請了《一種使用于噴墨打印的陶瓷滲透釉及其用于陶瓷磚生產(chǎn)的方法》的專利，專利號：2011101872456。截止到目前，國內(nèi)總共有8篇有關(guān)噴墨打印用陶瓷墨水的發(fā)明專利，其中 4 篇關(guān)于陶瓷裝飾墨水用超細粉體制備和4篇有關(guān)陶瓷裝飾墨水制備。
據(jù)報道，廣東博奧科技是國內(nèi)首家自主研發(fā)，并批量生產(chǎn)陶瓷噴墨打印用墨水的企業(yè)。2011 年，該企業(yè)在廣州陶瓷工業(yè)展覽會上展出了九種顏色的陶瓷墨水和一種面釉，引發(fā)了媒體和觀展商的高度關(guān)注。據(jù)稱，該公司從兩年前開始研發(fā)陶瓷噴墨墨水，2012年3月就已宣布成功研制出陶瓷噴墨打印用墨水。目前，博奧的陶瓷墨水正在積極地開拓市場用戶。另外，道氏制釉、大鴻制釉、金鷹顏料、華山制釉、萬興色料等企業(yè)也均在研發(fā)陶瓷噴墨墨水。同時，可以看到，國內(nèi)陶瓷墨水的研發(fā)和生產(chǎn)主要集中在廣東省佛山市，一些色釉料企業(yè)積極投入到陶瓷墨水的研發(fā)與生產(chǎn)中，在國內(nèi)處于相對領(lǐng)先的水平。
6 噴墨打印用陶瓷墨水所存在的問題
6.1 陶瓷色釉料顆粒的大小及其分布情況
陶瓷色釉料顆粒的大小及其分布對其發(fā)色有較大的影響，粒度太大或太小、粒度分布太寬均不利于發(fā)色[22]。對于陶瓷噴墨用無機顏料，其最大尺寸要小于 1μm，且顆粒尺寸分布要窄，顆粒間不能有強團聚。因此，在色料微細化過程中，控制其粒度及分布，防止發(fā)色變?nèi)醴浅ｊP(guān)鍵。
6.2 無機陶瓷色料的微細化與分散穩(wěn)定性[23]
陶瓷墨水拉線經(jīng)常出現(xiàn)大面積深色噴墨打印的情況，這是由于每若干組噴頭只負責一種顏色，當大面積深色噴墨打印時（尤其是接近于單色），這幾組噴頭的噴墨量加大，會造成噴頭阻塞（噴頭不出墨）和表面附著污染物（污染物可能引起濺射），噴射不到的地方即為拉線缺陷。除了噴頭本身的原因外，噴頭的位置也是一個影響因素。對于無機陶瓷色料分散型墨水，顆粒尺寸和形狀可能引起噴頭磨損，墨水的沉淀可能引起堵塞或粘附噴頭。因此，制備單分散、高分散穩(wěn)定性的陶瓷納米顆粒尤為關(guān)鍵。
6.3 分散劑溶劑的選擇[24]
在陶瓷墨水研發(fā)過程中，溶劑及其他添加劑的物化性能對墨水的性能影響較大。美國專利（US5273575）和歐洲專利（EP0572314A1）均為水溶性陶瓷墨水，對于建筑陶瓷釉面磚，其釉料通常采用水的懸浮液涂覆，水溶性油墨在坯體上容易產(chǎn)生擴散。因為油墨在邊緣處的干燥速率大于中心處，在干燥的過程中，中心處的墨水將向邊緣流動，使得干燥后邊緣處的厚度比中心處的厚，影響分辨率及發(fā)色的均勻性。因此，對于陶瓷釉面磚需要將研發(fā)的重點集中在非水溶性陶瓷墨水上。
6.4 發(fā)色效果的問題
陶瓷色料的發(fā)色效果主要取決于微觀結(jié)構(gòu)，即離子的結(jié)構(gòu)、電價、半徑、配位數(shù)及離子間的相互極化。陶瓷色料的著色主要可分成三大類：晶體著色、離子著色和膠體著色。其中，晶體著色最穩(wěn)定，如：剛玉型的鉻鋁紅、金紅石型的釩錫黃、鋯英石型的釩鋯藍、尖晶石型的鈷鐵鉻鋁黑、石榴石型的維多利亞綠等。在陶瓷色料結(jié)構(gòu)體系中，尖晶石型陶瓷色料的晶體結(jié)構(gòu)致密、發(fā)色穩(wěn)定、氣氛敏感度小，特別是其高溫穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好，且飽和度隨細度的降低反而增大。如：鈷藍系列、棕黃系列和黑色系列。因此，陶瓷墨水最好選擇尖晶石等結(jié)構(gòu)類型的陶瓷色料[25]。
6.5 花色品種單一
盡管目前已研發(fā)出大約 12～14 種陶瓷墨水，包括 7 種不同顏色[16-18]。其中，藍色發(fā)色力最強；黃色發(fā)色力較弱，現(xiàn)有的黃色墨水帶有綠色調(diào)；棕色居中；鮮艷的紅色仍然很難發(fā)色，且白色墨水的白度也不高。此外，現(xiàn)有陶瓷墨水一般為3色（藍、棕、黃）、4色（藍、棕、黃、黑）及5色，其中，在瓷磚生產(chǎn)中使用 3～4 色組合的較多，5色正在推廣，6色組合較少。從已成功應(yīng)用噴墨打印裝飾技術(shù)的陶瓷企業(yè)生產(chǎn)情況來看，現(xiàn)有的墨水生產(chǎn)淺色瓷磚具有優(yōu)勢，而生產(chǎn)深色瓷磚仍需改進，此外，紅色系瓷磚生產(chǎn)也需改善。從另一個角度來講，現(xiàn)有陶瓷墨水生產(chǎn)淺色的內(nèi)墻陶質(zhì)有釉磚具有優(yōu)勢，而生產(chǎn)色深的瓷質(zhì)仿古磚仍有不足。
7 結(jié)語
（1） 陶瓷噴墨打印技術(shù)是陶瓷裝飾技術(shù)的一場革命，該項技術(shù)將導(dǎo)致陶瓷行業(yè)的重新洗牌，把陶瓷行業(yè)帶入一個嶄新的時代。它涉及了化學(xué)、材料學(xué)、納米粉體制備技術(shù)、表面改性理論及流變學(xué)理論等眾多領(lǐng)域。因此，需要企業(yè)家和科技工作者付出巨大的努力，共同深入研究、探索，才能走的更遠。
（2） 在噴墨顏料制造工藝方面，隨著噴墨技術(shù)對顏料的要求越來越高，新的制備技術(shù)值得研究。除了固相分散法、溶膠法和微乳液法外，如：化學(xué)共沉淀法、水熱法、自蔓延燃燒法、微波加熱法、機械化學(xué)合成法、聲化學(xué)法等，以及對這些工藝技術(shù)的組合，如：超聲-共沉淀、共沉淀-水熱、微波-溶膠凝膠、微波-水熱、微乳液-水熱、自蔓延燃燒-水熱技術(shù)等。借助這些新工藝，各取所長、相互補充，既能使顏料顆粒達到納米級別，又能使晶體結(jié)構(gòu)充分發(fā)育完善，減少結(jié)構(gòu)缺陷，提高發(fā)色能力。新技術(shù)的進一步發(fā)展和完善將會使噴墨陶瓷顏料的制造和性能得到新的突破。
（3） 采用在油性分散介質(zhì)中，以高分子聚合物納米微粒為模板，制備核殼型結(jié)構(gòu)的有機/無機復(fù)合納米膠囊，該膠囊不但具有核殼型結(jié)構(gòu)、高分散穩(wěn)定性，而且可獲得顆粒表面形貌規(guī)則、結(jié)構(gòu)缺陷少、發(fā)色能力強的噴墨打印墨水顆粒。進而通過調(diào)控在油性分散介質(zhì)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)移率，使得陶瓷墨水中固含量變?yōu)榭煽兀@有望徹底解決噴墨打印用陶瓷墨水穩(wěn)定性的問題，并大幅度提高發(fā)色性能。
（4） 陶瓷噴墨技術(shù)的功能化是陶瓷裝飾的又一發(fā)展方向。通過噴墨技術(shù)在陶瓷表面噴涂功能化、智能化涂層，會賦予建筑陶瓷全新的功能。如：對陶瓷賦予抗菌、自潔，以及熱、聲、光、濕、電、磁、氣、輻射等敏感功能，將會對城市噪音，城市或家居空氣環(huán)境包括：熱污染、氣體污染、噪聲污染、濕度污染、光污染和輻射污染等可以起到抑制與控制作用。智能時代少不了智能陶瓷墨水的妝點。
（5） 隨著陶瓷噴墨技術(shù)的日益成熟和迅速擴張，新一代的“陶瓷激光打印技術(shù)”將會應(yīng)運而生。這將對陶瓷顏料提出更加嚴格的要求，如：納米顏料粉體的固態(tài)分散性能、電性能以及磁性能等。可以預(yù)計：“陶瓷激光打印技術(shù)”將會使陶瓷裝飾檔次更上一個新臺階，是陶瓷計算機（數(shù)字化）裝飾的又一次革命。
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陶瓷顏料范文第2篇
【關(guān)鍵詞】碳化硅陶瓷；陶瓷材料；陶瓷燒結(jié)；燒結(jié)法
0.引言
由于碳化硅陶瓷具有超硬性能，又具有高溫強度和抗氧化性好、耐磨性能和熱穩(wěn)定性高、熱膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，可制備成各種磨削用的砂輪、砂布、砂紙以及各類磨料，廣泛應(yīng)用于機械制造加工行業(yè)。它還可以應(yīng)用在軍事方面，例如將碳化硅陶瓷與其他材料一起組成的燃燒室及噴嘴，這種技術(shù)已應(yīng)用于火箭技術(shù)中。同時在航空、航天、汽車、機械、石化、冶金和電子等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，碳化硅密度居中，硬度和彈性模量較高，還可用于裝甲車輛和飛機機腹及防彈防刺衣等。由于碳化硅產(chǎn)品具有操作簡單方便，使用壽命長，使用范圍廣等優(yōu)點，使碳化硅產(chǎn)品的市場發(fā)展前景廣闊，因此受到很多國家的重視，一直是材料學(xué)界研究的重點，如何制得高致密度的碳化硅陶瓷也是研究者一直關(guān)心的課題。目前制備碳化硅陶瓷的方法主要有以下幾種方法，由于制備方法的不同，碳化硅陶瓷材料的性能與制備工藝的不同有一定的相關(guān)性，本文對碳化硅陶瓷的制備方法及其應(yīng)用進行了介紹。
1.反應(yīng)燒結(jié)法制備陶瓷與應(yīng)用
反應(yīng)燒結(jié)法也可稱為活化燒結(jié)或強化燒結(jié)法。需要指出活化燒結(jié)和強化燒結(jié)的機理有所不同。活化燒結(jié)的過程是指可以降低燒結(jié)活化能，使體系的燒結(jié)可以在較低的溫度下以較快速度進行，并且使得燒結(jié)體性能得到提高的燒結(jié)方法。而強化燒結(jié)的過程泛指能增加燒結(jié)速率，或強化燒結(jié)體性能（通過合金化或者抑制晶粒長大）的所有燒結(jié)過程。可見它們的制備機理是存在差異的。反應(yīng)燒結(jié)強調(diào)反應(yīng)，這是一種化學(xué)過程，也就是有一種物質(zhì)變成另外一種物質(zhì)，例如，在制備碳化硅的過程中，就會在確定的溫度下發(fā)生Si+CSiC 的化學(xué)反應(yīng)。這種反應(yīng)過程就是將碳化硅粉料和碳顆粒制成多孔坯體，然后將多孔坯體干燥后利用馬弗爐加熱至1450～1470℃，在這樣的條件下就可以使，熔融的硅滲入坯體內(nèi)部與碳反應(yīng)生成碳化硅。這一機理的探討源于上世紀七十年代，當時由于世界范圍內(nèi)的石油危機，能源問題對世界各國的經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大的挑戰(zhàn)，為了提高內(nèi)燃發(fā)動機的效率，科學(xué)家們開始考慮使用高溫陶瓷材料替代內(nèi)燃機的金屬部件，這樣就可以提高效率。在1973年，英國人KennedyP和ShennanJV等開始了反應(yīng)燒結(jié)制備碳化硅的深入研究[1]，1978年，英國劍橋大學(xué)的SawyerGR等人采用掃描電鏡、透射電鏡、光學(xué)顯微鏡和 X 射線衍射等手段對反應(yīng)燒結(jié)碳化硅的微觀結(jié)構(gòu)進行了一系列的定量表征[2]，從碳化硅的制備機理給與了探討；1990年，日本的LimCB等人研究了反應(yīng)燒結(jié)碳化硅中強度、氣孔率與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，隨著研究的進一步深入，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅產(chǎn)品開始逐步走向商業(yè)化。
2.無壓燒結(jié)法制備陶瓷與應(yīng)用
無壓燒結(jié)法是在常壓條件，也就是在一個標準大氣壓的惰性氣體氣氛中進行燒結(jié)。這種燒結(jié)可以把粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w，這是一個傳統(tǒng)的工藝過程。人類很早就開始利用這個工藝來生產(chǎn)陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高溫材料等。我國古代就可以制備精美的工藝瑰寶，流傳至今。
一般來說，粉體經(jīng)過成型后，通過燒結(jié)得到的致密體是一種多晶材料，其顯微結(jié)構(gòu)由晶體、玻璃體和氣孔組成。給人類美的享受。它的燒結(jié)過程直接影響顯微結(jié)構(gòu)中的晶粒尺寸、氣孔尺寸及晶界形狀和分布。無機材料的性能不僅與材料組成（化學(xué)組成與礦物組成）有關(guān)，還與材料的顯微結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。但這種燒結(jié)方法只停留在觀賞。在1956年，美國的AlliegroRA等人發(fā)現(xiàn)，加入某一物質(zhì)可以使熱壓燒結(jié)碳化硅中發(fā)生促進燒結(jié)的作用，此后，實驗證實，許多物質(zhì)如：Al、Fe、Cr、Ca、Ni、Al+Fe、Zr和Mn等能夠促進碳化硅的燒結(jié)過程。1975年，Prochazka S 等人在碳化硅坯體中加入不同的兩種物質(zhì)，通過無壓固相燒結(jié)成功制備出碳化硅陶瓷。ProchazkaS等人的實驗采用的是高純的亞微米級β-SiC粉體，并在其中加入少量不同的兩種物質(zhì)，他們的研究結(jié)果對無壓燒結(jié)法的機理帶來了重要的影響因素，實驗證明碳化硅的坯體通過固相燒結(jié)致密化，β-SiC在燒結(jié)過程中產(chǎn)生相變并發(fā)生晶粒長大，這種晶粒的大小與陶瓷的強度有關(guān)。由于碳化硅是高熔點的強共價鍵材料，這項研究結(jié)果報道后引起了許多研究者大量的關(guān)注，并且對碳化硅燒結(jié)過程的研究論文得到大量的引用。在 ProchazkaS的研究成果發(fā)表后不久，人們就發(fā)現(xiàn) 加入不同的兩種物質(zhì)對β-SiC的燒結(jié)促進作用同樣適用于α-SiC。因此，使大部分碳化硅陶瓷產(chǎn)品得到大量應(yīng)用。
3.液相燒結(jié)法制備陶瓷與應(yīng)用
液相燒結(jié)法最早應(yīng)用在7000年前，那就是古人用粘土燒制磚塊。開發(fā)液相燒結(jié)技術(shù)是由愛迪生發(fā)明的電燈絲所驅(qū)動。碳化硅的液相燒結(jié)開始于1975年，LangeFF首次在碳化硅的熱壓燒結(jié)過程中加入了部分氧化鋁以促進碳化硅坯體的致密化。當今的利用高新技術(shù)廣泛采用液相燒結(jié)技術(shù)制造陶瓷，壓電陶瓷，鐵氧體和高溫結(jié)構(gòu)陶瓷。Al2O3在高溫下與SiC粉料顆粒表面的SiO2反應(yīng)形成液相，成為碳化硅顆粒之間的晶間相，通過液相傳質(zhì)過程使坯體致密化。
與添加不同的兩種物質(zhì)的碳化硅固相燒結(jié)不同的是，利用液相燒結(jié)過程中需要燒結(jié)助劑較少，這種添加劑的添加量通常只有百分之幾，盡管用量較少，但在燒結(jié)完成后的晶間相中仍然會殘留較多的氧化物。因此，液相燒結(jié)碳化硅的斷裂方式通常是沿晶斷裂，具有較高的強度和斷裂韌性。ShinozakiSS和SuzukiK等人通過加入質(zhì)量分數(shù)不低于3%的Al2O3，分別采用無壓燒結(jié)和無壓燒結(jié)與熱等靜壓相結(jié)合的辦法，系統(tǒng)地研究了它們的組織和力學(xué)性能。通過一系列不同的燒結(jié)制度，研究了晶粒生長、密度、強度和韋伯模數(shù)（強度分布的模數(shù)）的變化情況，并指出了晶粒的縱橫比與斷裂韌性之間的關(guān)系，實現(xiàn)了碳化硅陶瓷微觀組織的原位控制技術(shù)。
4.結(jié)語
碳化硅材料因其優(yōu)良的性能而得到越來越廣泛的應(yīng)用，不同制備工藝制得的產(chǎn)品性能有一定的差別。反應(yīng)燒結(jié)法具有燒結(jié)溫度低的優(yōu)點，但燒結(jié)過程中會在坯體中留有部分殘余硅，使材料的服役溫度下降。液相燒結(jié)可以制備出不含殘余硅的碳化硅陶瓷，但由于碳化硅的強共價鍵性，必須在坯體中加入氧化鋁等作為燒結(jié)助劑形成液相才能使碳化硅坯體致密化。熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)和火花等離子體燒結(jié)碳化硅性能較高，其密度和強度通常要高于無壓燒結(jié)，但在燒結(jié)過程也都需要加入B、C等作為添加劑促進坯體的燒結(jié)致密化且生產(chǎn)成本高，不適于制備異型件。可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，滿足工業(yè)和工程應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)材料日益苛刻的性能要求。
【參考文獻】
陶瓷顏料范文第3篇
關(guān)鍵詞泡沫陶瓷,漿料,性能
1 前 言
泡沫陶瓷是一種具有三維空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的高氣孔率(80～90%)的多孔陶瓷體,由于其具有質(zhì)量輕、強度高、耐高溫、耐腐蝕、再生簡單及良好的過濾吸附性等優(yōu)點,被廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、輕工、食品、環(huán)保、節(jié)能等領(lǐng)域[1-3]。目前,泡沫陶瓷的主要制備方法有:有機前驅(qū)體浸漬法、發(fā)泡反應(yīng)法、有機填積法、溶膠-凝膠法和凝膠注模法等。而國內(nèi)泡沫陶瓷生產(chǎn)廠家多采用有機前驅(qū)體浸漬法,主要是該制備方法具有工藝簡單、操作方便、無需復(fù)雜設(shè)備等優(yōu)點[4],但該方法的缺點是難以成形形狀復(fù)雜的泡沫陶瓷制品。
在有機前驅(qū)體浸漬法的工藝過程中,漿料的制備及漿料性能的調(diào)整是至關(guān)重要的一項工作,也是整個工藝中難度較高的工序。該過程除了要求具備陶瓷漿料的整體均勻性和微域均勻性外,還要求漿料具有盡可能高的固相含量和較好的觸變性。
2漿料的制備工藝過程
漿料制備作為泡沫陶瓷浸漬法生產(chǎn)工藝的第一道工序,一向被視為關(guān)鍵工序。漿料性能的好壞直接影響多孔泡沫掛漿的效果,也對保證制品最后的強度、通孔率、體積密度等性能起到重要的作用[5]。下面介紹三種常見的泡沫陶瓷漿料的制備工藝。
2.1 干混工藝
干混工藝是指將粉料按配方稱量好,根據(jù)先后順序依次倒入機械混料機中,混料均勻后出料,再按配比加入液相粘結(jié)劑,手工攪拌后調(diào)成漿料使用。
該工藝的優(yōu)點是操作簡便、設(shè)備成本低、能耗小、工人勞動強度低。缺點是混料均勻性差,要求所使用的粉料具有較細的顆粒度,并且漿料具有較高的液相含量;多孔泡沫掛漿效果不好;燒成收縮較大(大于2.0%)。
2.2 濕混工藝
濕混工藝是指將粉料和粘結(jié)劑按配方稱量,然后倒入機械自動攪拌機內(nèi),在規(guī)定時間內(nèi)將漿料攪拌至均勻,并且使?jié){料具有一定的流動性。
該工藝的優(yōu)點是操作簡便、可較精確地控制漿料稠度、能耗小、工人勞動強度較低。缺點是混料均勻性不太好,不能達到粉體間的微觀均勻性,并且要求所使用的粉料具有較細的顆粒分布。
2.3 球磨工藝
球磨工藝是指將所需原材料按配方稱量后全部加入球磨機內(nèi),球磨至規(guī)定時間,漿料出球磨機陳腐一天后使用。
該工藝的優(yōu)點是漿料均勻性好、具有高的固相含量、漿料觸變性好、粉料顆粒要求不是很高。缺點是設(shè)備成本較高、能耗相對較大、工人勞動強度高。
3工藝試驗和結(jié)果分析
分別采用干混、濕混、球磨三種漿料制備工藝進行試驗對比,且三種工藝均按同一配方進行試驗,配方見表1(氧化鋁泡沫陶瓷生產(chǎn)的配方)。
其中,漿料中水的加入量按質(zhì)量百分數(shù)的18～20%加入,可視多孔海綿網(wǎng)孔的大小而定。本次試驗所采用的海綿網(wǎng)孔為10ppi(pore per inch,每英寸長度分布的孔數(shù)),按含水率18%加入粉料中。
3.1 干混的試驗結(jié)果
按干混工藝制備漿料,磷酸氫鋁按表1的配方比例換算為液體粘結(jié)劑,于粉料干混好后再加入,最后通過攪拌制得漿料。結(jié)果顯示,漿料流動性較差,容易成坨。海綿掛漿效果見圖1。從圖1可以看出,海綿節(jié)點處漿料分布較多,而網(wǎng)線上漿料分布較少,甚至可以看見某些海綿網(wǎng)線出來,表面有輕微堵孔現(xiàn)象,并且上漿重量偏重。
根據(jù)以上現(xiàn)象分析,可能干混過程是一個顆粒之間相互交換錯位的過程,由于顆粒粒徑小,固相之間的混合很容易造成團聚從而使得混合不夠均勻。即使攪拌非常充分,也只能達到粉體間的宏觀均勻性。液相添加劑的后期加入,僅是固相和液相的簡單混合,團聚的顆粒在粘結(jié)劑的包裹下更難分離,導(dǎo)致漿料的流動性較差,掛漿效果不夠理想。
3.2 濕混的試驗結(jié)果
按濕混工藝制備漿料,漿料有一定流動性,但觸變性不好。海綿掛漿效果見圖2。從圖2可以看出,海綿掛漿后網(wǎng)線較細,漿料很容易從網(wǎng)孔中滲出,滾壓不充分就會導(dǎo)致漿料堵孔。
因為攪拌伴隨著液相與固相同時作用,且所用的設(shè)備為專業(yè)漿料攪拌機,按30kg漿料計算,攪拌時間約為25min,其所制得的漿料有較好的整體均勻性,流動性也較好。但由于粉料之間只有一個推動力作用,微細顆粒之間的團聚無外力作用使之分開,導(dǎo)致微域均勻性差,且漿料觸變性不高。
3.3 球磨試驗的結(jié)果
按球磨工藝制備漿料,漿料具有較好的觸變性。海綿掛漿效果見圖3。從圖3可以明顯看出,漿料均勻分布在海綿體內(nèi),表面平滑,網(wǎng)線也較粗。
球磨工藝結(jié)合了混料和球磨的雙重功能,漿料在磨球的作用下不斷混合。磨球之間的不斷撞擊,使得各種細粉原料之間的混合作用成為可能。同時,磨球還使原料中可能存在的粗顆粒細化,使?jié){料粒度分布均勻,提高漿料觸變性,從而改善海綿的掛漿效果,燒成后產(chǎn)品(50mm×50mm×20mm-10ppi)的物理化學(xué)性能都較干混和濕混工藝的好,詳細見表2。球磨后測得漿料的含水率為16.8%,固相含量得到相應(yīng)的提高。
4結(jié) 論
通過對比干混、濕混及球磨三種工藝的優(yōu)缺點,對于前驅(qū)體浸漬法制備的泡沫陶瓷工藝而言,球磨工藝制備的漿料可以明顯改善海綿掛漿效果、提高制品性能,更適宜生產(chǎn)應(yīng)用。
高的固相含量和粘著性可以保證漿料最大限度地附著在海綿網(wǎng)線上,從而保證產(chǎn)品具有高的抗折(抗壓)強度。好的漿料觸變性,可以使?jié){料均勻分布在海綿體內(nèi),并且不會出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象,而采用球磨工藝就可以較好地達到這種效果。
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Study of Slurry Preparation Process for Foam Ceramics
Wang XiaWang Jianxin
(Hangzhou Zhongya Special Refractory Co.,Ltd.FuyangZhejiang 311411)
陶瓷顏料范文第4篇
關(guān)鍵詞：陶瓷膜管金屬粘接連接
1、陶瓷--金屬連接概述
陶瓷是人們生活和現(xiàn)代化建設(shè)中不可缺少的一種材料，它與金屬材料、有機高分子材料并稱為當代三大固體材料，并被列為二十一世紀優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域之一。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使各類相對獨立的材料(如金屬、陶瓷、高分子等)相互滲透、相互結(jié)合，陶瓷-金屬連接技術(shù)正是隨著多學(xué)科的交叉而形成和發(fā)展起來的，是材料的應(yīng)用和延伸，是一門工藝性和實用性都很強的基礎(chǔ)技術(shù)。陶瓷材料的開發(fā)、應(yīng)用為工程選材開辟了新的領(lǐng)域。航空航天、能源、電子、汽車、機械和化工產(chǎn)業(yè)迫切要求材料具備高強度、高韌性、耐高溫、抗氧化、耐磨損、抗腐蝕、高溫蠕變小等優(yōu)良性能，為了滿足這種日益高漲的需求，多年來，研究人員進行了大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)工作，并進行了不懈的努力，在材料制備工藝和材料性能以及實際應(yīng)用等方面取得了很大的進展和令人歡欣鼓舞的成就。
陶瓷材料的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損以及抗絕緣性好等優(yōu)點使其在高溫結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中占有非常特殊的地位；但是由于其脆性大、延性低、難以變形和切削加工等，使陶瓷的進一步廣泛應(yīng)用受到了限制。因此將陶瓷與金屬進行連接，既可以發(fā)揮陶瓷的優(yōu)點，又可以滿足塑性和延性的要求，連接所得復(fù)合構(gòu)件可以兼顧兩者的特性。
從廣義上講陶瓷與金屬材料的連接_「藝最早起源于十五世紀我國明代景泰藍制作，到十九世紀八十年代西方出現(xiàn)電氣陶瓷金屬化專利，牢固的連接技術(shù)始于二十世紀三十年代，當時德國首先研制成功了一種陶瓷金屬化工藝并應(yīng)用到電子管外殼的連接上。到五十年代初，由于活性金屬法和M0--Mn金屬化工藝的出現(xiàn)，連接技術(shù)才進入了迅速發(fā)展時期，連接工藝的成熟及連接機理研究的逐步深入，進一步促進了連接技術(shù)的發(fā)展。隨著陶瓷材料的發(fā)展及工業(yè)應(yīng)用的要求，相繼出現(xiàn)了一些新的特殊連接工藝。
2、陶瓷--金屬連接的方法
陶瓷--金屬的連接發(fā)展到今天，已有很多連接方法，通常可分為三大類:焊接連接、機械連接、粘接連接。
（1）焊接連接
陶瓷的焊接根據(jù)母材的不同可以分為陶瓷一金屬的焊接以及陶瓷一陶瓷的焊接。陶瓷一金屬之間的焊接從一開始就成為人們研究的焦點，這緣于在一些研究計劃中陶瓷件能取代部分不能滿足工況條件(如高溫、高應(yīng)力)的金屬零件。陶瓷一金屬焊接連接方法主要有:
a)燒釉連接
燒釉連接是在空氣中在陶瓷上燒結(jié)硅酸鹽玻璃類物質(zhì)，再在還原氣氛下與金屬焊接。等將玻璃釉經(jīng)過火焰噴熔在管道內(nèi)外壁形成一種無機非金屬涂層，該涂層不老化、耐腐蝕，可極大提高噴瓷管道的使用壽命。采用氧氣一石油液化氣火焰在金屬管道表面熱噴涂玻璃釉涂層，利用焊接熱模擬技術(shù)研究噴瓷管道近縫區(qū)瓷層的耐蝕性變化規(guī)律，控制熱循環(huán)的峰值溫度可以有效地控制瓷管道瓷層、界面及基體金屬質(zhì)量。但燒釉連接接頭的釉層易龜裂，內(nèi)應(yīng)力集中。
b)燒結(jié)金屬粉末法
在陶瓷表層涂覆金屬粉末并燒結(jié)形成涂層，再用焊料對陶瓷與金屬焊接，多用于電子元件陶瓷與金屬的連接。
c)熔焊
熔焊方法有:激光焊、電子束焊、等離子弧焊、電弧焊等，目前主要研究激光熔焊和電子束焊。熔焊的優(yōu)點是速度快、效率高，能夠制造高溫性能穩(wěn)定的連接接頭，但為了降低連接應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生，必須采用輔助熱源進行預(yù)熱和緩冷，且工藝參數(shù)難以控制，設(shè)備投資高，目前仍處于嘗試階段，它的應(yīng)用受到很多的限制。例如，陶瓷很難熔化，它們的熔點通常比金屬高得多，有一些則在熔化之前就分解了，其次，能夠熔化焊接的陶瓷與金屬組合是非常有限的，因為不僅要求被焊的金屬和陶瓷，而且要求熔池中形成的復(fù)雜材料在熔點和熱收縮特性上都要達到非常理想的匹配，這種相似性在實踐中是很難達到的。
d)摩擦焊
是使兩焊件相對旋轉(zhuǎn)并加壓摩擦，待金屬表面加熱至塑性狀態(tài)后停轉(zhuǎn)，施加較大的頂鍛力使焊件連接。接頭處既有機械結(jié)合又有化學(xué)鍵結(jié)合。摩擦焊廣泛用于同類和異種金屬的連接，對不同類材料，如陶瓷與金屬的摩擦焊尚屬起步階段，該法僅限于圓棒、管件等的焊接。
e)微波焊接
微波加熱不同于傳統(tǒng)的加熱技術(shù)，其熱量來自于材料對微波的吸收，這種內(nèi)部的、局部的加熱方式優(yōu)點是無論小工件和大工件都可以被快速均勻地加熱。因此，微波工藝用于連接有如下優(yōu)點:與傳統(tǒng)工藝相比，可以用中等的功率快速加熱；在連接區(qū)域局部加熱；不同材料對微波的吸收率不同，對材料的加熱有選擇性；可在線控制。作為一種新的焊接工藝，微波焊接尚在發(fā)展階段。
（2）機械連接
機械連接是一種借助結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法，利用機械手段(如錨、夾等)實現(xiàn)金屬--陶瓷的連接，有螺栓連接和熱套連接兩種。熱套連接是利用熱脹冷縮的原理進行連接，但連接所產(chǎn)生夾持應(yīng)力常會產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中。機械連接由于方便己在部分增壓轉(zhuǎn)子與金屬的連接中應(yīng)用，但機械連接中的熱套連接法不能用在高溫場合。機械連接的接頭應(yīng)力集中，因而使用范圍有限。
（3）粘接連接
粘接是以適宜的膠粘劑，采用適當?shù)慕宇^形式和合理的粘接工藝，將材質(zhì)、形狀、大小、厚度以及硬度相同或不同的兩個或多個構(gòu)件(或材料)，結(jié)合成為一個連續(xù)、牢固、穩(wěn)定的整體的一種連接方法。粘接過程一般包括表面處理、涂膠、合攏、固化等基本環(huán)節(jié)。粘接時，先將膠粘劑涂敷在被粘物表面上，并浸潤表面；爾后膠粘劑經(jīng)過鏈段、大分子漫流、流變、擴散，與被粘物緊密結(jié)合。若膠粘劑層與被粘物表面的距離小于5nm，則會相互吸引形成氫鍵、范德華力、共價鍵、配價鍵、離子鍵等，加上滲入孔隙中膠粘劑，固化后產(chǎn)生機械嵌合獲得牢固的粘接。粘接在迄今所有連接(包括焊接、鉚接、螺紋連接、嵌接和粘接)技術(shù)中，歷史最為悠久，且在很多方面優(yōu)于其他方法。隨著科學(xué)的進步，粘接技術(shù)早己滲透到國民經(jīng)濟體系中的各行各業(yè)。然而，傳統(tǒng)的粘接技術(shù)己無法滿足各行各業(yè)進一步發(fā)展的要求，近年來越來越多的特種粘接技術(shù)如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，在較大程度上取代了傳統(tǒng)的粘接技術(shù)，并解決了焊接、鉚接、螺栓連接、過盈配合、鍵橋固定、機械加固、紅套、熱壓定型、熱處理、表面處理等許多傳統(tǒng)技術(shù)不能或不易解決的許多難題，降低了成本，提高了效率，使得特種粘接技術(shù)具有了很強的生命力。根據(jù)某些特殊需要，還可以進行混合連接，如粘接-焊接、粘接-鉚接和粘接-螺紋聯(lián)接等方式。同時，粘接具有固化速度快，使用溫度范圍寬、抗老化性好等特點。采用粘接連接，界面作用為物理力、化學(xué)鍵，殘余應(yīng)力小。粘接連接金屬與陶瓷已泛應(yīng)用于航空航天、電子、汽車、機械制造等高技術(shù)領(lǐng)域。澳大利亞和美國自20世紀70年代以來就采用復(fù)合材料部片對損傷的匕機結(jié)構(gòu)進行膠接修理，目前已經(jīng)成功地應(yīng)用到了多種飛機上。粘接技術(shù)用在陶瓷--金屬連接上具有工藝簡單、效率高和成型性能好的特點，正越來越受到航空壇行器制造業(yè)的關(guān)注。
3、陶瓷--金屬連接存在的主要問題研究
陶瓷與金屬是兩類性質(zhì)不同的材料，相互結(jié)合時在界面上存在著化學(xué)及物理性能的差異，特別是化學(xué)鍵差異較大，加之陶瓷材料本身特殊的物理化學(xué)性能，所以無論是與金屬連接還是與陶瓷本身的連接都存在不少的特點與難點，采用常規(guī)的焊接方法很難實現(xiàn)有效的連接，因此，實現(xiàn)陶瓷一金屬之間的可靠連接是陶瓷材料能夠發(fā)揮作用的關(guān)鍵。
a)它們的結(jié)品結(jié)構(gòu)不同，陶瓷是金屬和非金屬元素的固體化合物，與金屬有相似之處，也有品粒聚集體及晶粒和品界，但它與金屬有本質(zhì)上的不同，導(dǎo)致熔點極不相同；
b)陶瓷不含大量的白由電子，而是以離子鍵、共價鍵或兩者的混合鍵結(jié)合在一起，穩(wěn)定性很高，品體的強大鍵能使元素擴散極困難，致使金屬對陶瓷的潤濕性很差，兩種材料的相容性很差；
陶瓷顏料范文第5篇
關(guān)鍵詞：石英陶瓷；延遲斷裂；保載；裂紋擴展
1 前言
石英陶瓷是一種以石英玻璃碎料為原料，采用陶瓷材料制備工藝生產(chǎn)的一種非晶態(tài)材料。其制品廣泛應(yīng)用于玻璃、冶金和航空航天等領(lǐng)域。石英陶瓷在航天領(lǐng)域最多的應(yīng)用是制作導(dǎo)彈天線罩，其主要優(yōu)點包括：良好的抗熱沖擊性能、低而穩(wěn)定的介電常數(shù)和損耗角正切、在高溫下很好的強度穩(wěn)定性、制造工藝簡單、成本低廉等。
根據(jù)陶瓷材料的微裂紋理論，陶瓷材料的延遲破壞是由于材料中的裂紋在外加載荷和周圍環(huán)境的共同作用下，以亞臨界值擴展到臨界值而引起的。延遲破壞時間就是裂紋擴展所需的時間。石英陶瓷導(dǎo)彈天線罩產(chǎn)品在驗收過程中必須經(jīng)歷沖壓篩選試驗，在天線罩內(nèi)部充入一定氣壓并保持一定時間后泄壓，以篩選出不合格產(chǎn)品。但是，該充壓壓力對天線罩罩體強度的影響尚未見文獻報道。導(dǎo)彈天線罩在導(dǎo)彈飛行過程中一直承受各種應(yīng)力，因此，對石英陶瓷天線罩材料的延遲破壞特性進行研究是非常必要的。
2 實驗條件
將石英陶瓷塊體材料切割、打磨成尺寸5×5×50mm 的條狀試樣，然后對試樣的受拉面進行拋光，將受拉面的 2 條棱邊倒角 45°。在室溫條件下，在材料力學(xué)試驗機（Instron 5566 萬能試驗機）上進行保載試驗和三點彎曲試驗，跨距 40 mm，加載速度 0.5 mm/min。保載試驗方法指給試樣加載一定載荷并保持該載荷一定時間后泄壓。
3 實驗過程、結(jié)果與討論
3.1保載試驗
本試驗中，通過對石英陶瓷材料施加一定載荷，并保持該載荷一定時間后，測試材料的裂紋擴展時間。由于導(dǎo)彈的飛行時間一般比較短，我們選擇的最長保載時間設(shè)定為300s。根據(jù)以往的實驗記錄，彎曲強度測試時，石英陶瓷天線罩材料正常的斷裂載荷大部分在100～110N（對應(yīng)的強度為50MPa以上）。本試驗選擇在低于100N的多個不同載荷下進行保載實驗。
試驗方案：隨機抽取30件石英陶瓷天線罩罩體，在每個罩體的大口端取樣本數(shù)48根，試樣尺寸為5550mm，作為一組，共30組。保載載荷分別定為90N、80N、70N、60N和50N，最長保載時間為300s。
表1是30組樣品在保載試驗中有樣品在保載過程中出現(xiàn)試樣斷裂的情況，其余樣品在保載試驗過程中沒有發(fā)生斷裂。從表中數(shù)據(jù)可以看出，在90N、80N和70N的載荷下進行保載的試樣，斷裂的試樣較多。隨著保載壓力降低，發(fā)生斷裂的樣品數(shù)量明顯減少。60N和50N的載荷，分別進行了11組試樣的保載試驗，每個載荷下分別只有兩組試樣有斷裂，斷裂的試樣根數(shù)也很少，斷裂試樣情況見表1。
陶瓷材料作為一種脆性材料，它的斷裂破壞主要是一種強度控制的現(xiàn)象。當材料受載后，隨著受載時間的延長，激活了材料中已存在的微裂紋，導(dǎo)致裂紋慢速擴展，從而引起材料破壞。因此，裂紋慢擴展對材料的強度及壽命有著重要的影響。
根據(jù)原子間結(jié)合力推導(dǎo)出的材料理論強度：?滓th=■,式中：E為彈性模量，a為平衡時的原子間距，?酌s為表面能。表面能可近似地表示為：?酌s=Ea/20，那么：?滓th≈E/5~E/10。但實際材料的強度只有理論強度的1/10~1/100。為此，1920年格里菲斯提出了脆性斷裂理論，該理論認為，材料內(nèi)部存在原始裂紋，當材料受力時，在裂紋的尖角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，如果尖角處的應(yīng)力超過材料的理論強度時，裂紋就迅速擴展，最后導(dǎo)致材料斷裂。
石英陶瓷材料試樣在受載過程中，隨著受載時間的延長，對于在試樣中已存在的微裂紋，載荷會導(dǎo)致裂紋慢速擴展，當裂紋尖端處的應(yīng)力超過材料的理論強度，那么裂紋會迅速擴展，最終試樣斷裂。在裂紋受力慢速擴展的過程中，由于試樣強度的差異，斷裂時間是有延遲的，所以會有不同的斷裂時間。也就是說，在保載過程中，裂紋尖角處所受的應(yīng)力只要沒有達到試樣的理論強度，那么試樣不會出現(xiàn)斷裂。
3.2保載試驗對石英陶瓷強度的影響
為了研究石英陶瓷天線罩材料在承受某一低于其斷裂強度的恒定應(yīng)力作用后材料強度的變化，我們通過三點彎曲試驗測試了22組經(jīng)50N、60N保載后未斷裂試樣的強度，在22組試樣對應(yīng)的天線罩罩體大口端按照3.1的相同取樣方法取樣，每組同樣取48根，進行三點彎曲試驗，測得的強度平均值作為保載前強度值。
表2為22組試樣經(jīng)50N、60N保載前和保載后測試的強度變化（圖1是強度變化的分布圖）。從表2和圖1可以看出：經(jīng)50N、60N保載后，石英陶瓷材料強度值沒有發(fā)生下降趨勢，也就是說，在低于材料斷裂強度50%左右的載荷下進行保載試驗，在300s的保載時間內(nèi)，石英陶瓷材料試樣內(nèi)部裂紋沒有產(chǎn)生明顯的裂紋擴展現(xiàn)象，所以，我們認為50N～60N對于石英陶瓷天線罩材料是相對安全的保載載荷（對應(yīng)抗彎強度測試斷裂載荷的45～50%）。該試驗結(jié)果為石英陶瓷導(dǎo)彈天線罩的壓力篩選試驗提供了實驗基礎(chǔ)。
4結(jié)論
（1） 石英陶瓷材料試樣在低于其斷裂強度的恒定載荷作用下，隨著受載時間的延長，對于在試樣中已存在的微裂紋，載荷會導(dǎo)致裂紋慢速擴展，裂紋擴展速度與載荷大小密切相關(guān)，載荷越大，裂紋擴展速度越快；
（2） 在低于材料斷裂強度約50%左右的載荷下進行保載試驗，在300s的保載時間內(nèi)，石英陶瓷材料試樣內(nèi)部裂紋沒有產(chǎn)生明顯的裂紋擴展現(xiàn)象。
（3） 用石英陶瓷材料制作的天線罩，外力低于60N時對于石英陶瓷天線罩材料是相對安全的保載載荷。
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