特种陶瓷行业中，粉体是不可或缺的重要原材料。随着陶瓷性能指标的不断提高，粉体也不断朝着更细、更匀的方向发展。近年来，纳米粉的应用已是大势所趋。然而，更细的粉体同时也带来了更多的“烦恼”，比如团聚问题。

TiO₂纳米粉体

粉体团聚问题往往是由颗粒间引力、电荷引力、机械咬合力等因素导致的；而且，当粉体表面存在吸附水等液体时，颗粒间会产生明显的毛细管力，通过收缩作用使颗粒紧紧团抱在一起。“解铃还须系铃人”，事实上，粉体与液体间不仅有“团聚之缘”，更有“解聚之缘”。它们的不解之缘，全集结在成型工艺之中。

1 特种陶瓷成型工艺介绍

特种陶瓷一般采用纯度极高的氧化物、氮化物、硅化物、硼化物、碳化物等微纳米粉体作为主要原料，成型方式已汇总于下表中。其中，注浆成型、热压铸成型和流延成型的对象是浆料，液体占比一般在30%以上，具有较好的流动性，可填充模具的各个角落；挤压成型、轧膜成型的对象是坯料，液体占比一般在10%-30%之间，塑性较好，成型后几乎不变形；干压成型和等静压成型的对象是造粒粉，液体占比一般低于10%，依靠压力提高造粒粉的堆积密度，烧结收缩小。

特种陶瓷成型工艺汇总

轧膜成型示意图

等静压成型示意图

2 粉体与液体的“润湿现象”

在特种陶瓷成型工艺中，均离不开“粉体”与“液体”两位主角的身影。此二者如影随形，并根据比例不同形成造粒粉、胚体和浆料三种状态。其实，造粒粉利用的就是让人又爱又恨的“团聚之缘”。粉体与液体的缘分，实则源于“润湿现象”。

如同人世间的感情一样，粉体和液体的缘分也分“喜”和“恶”，可用杨氏方程的接触角θ来度量：当θ＜90°时，液体能润湿粉体，喜结良缘；当θ＞90°时，粉体“憎恶”液体，不能润湿。对于成型工艺而言，自然希望粉体和液体能够相亲相爱，家和万事兴嘛！

润湿现象（左边不润湿、右边润湿）

当粉体颗粒被液体润湿后，根据颗粒间液体量的大小，可形成四种类型的液相态：①摆动状态——颗粒接触点存在液相，液相不相连；②链索状态——液相连成网状，气孔分布其间；③毛细管状态——液体充满颗粒间所有空隙，仅粉体层表面存在气液界面；④浸渍状态——颗粒群浸在液体中，存在自由液面。

模压成型的造粒粉属于摆动状态，小颗粒利用液桥力“团聚”成大颗粒；塑性成型的坯体属于链索状态或毛细管状态，成型后能够克服自重影响而不变形；注浆成型的浆料属于浸渍状态，粉体颗粒在液体介质中均匀分散，而后干燥成型。

3 粉体在液体介质中的分散与调控

粉体与液体的缘分，其实更多体现在“解聚之缘”上，即粉体在液体中解聚、分散，以提高特种陶瓷的均一性和稳定性。

粉体在液体介质中的分散与其表面状态和润湿状态有关，包括三个步骤：①粉体团聚体被液体润湿；②团聚体在机械力作用下被打开成独立的原生颗粒或较小的团聚体；③稳定原生颗粒或小团聚体，阻止其再次团聚。在工艺上，可通过介质调控、分散剂调控、机械搅拌调控和超声调控四种途径来改善粉体在液体中的分散状态。

粉体在液体中的分散调控方式

4 小结

粉体与液体的缘分，既可以“团聚造粒”，又可以“解聚分散”，现已被广泛应用于特种陶瓷成型工艺中，并将持续影响特种陶瓷的性能提升和应用拓展。

粉体圈 作者王京