Las partículas cerámicas tienen una amplia gama de aplicaciones en ciencia de materiales, electrónica, ingeniería química, medicina y otros campos, pero debido a su alta energía superficial y características de fácil agregación, la dispersión siempre ha sido un desafío clave en la preparación de materiales cerámicos de alto rendimiento. Este artículo presentará tipos comunes de partículas cerámicas y recomendará dispersantes adecuados para diferentes materiales cerámicos para mejorar la estabilidad de la dispersión y el rendimiento del procesamiento.
Primero. Clasificación de partículas cerámicas comunes.
Las partículas cerámicas se pueden dividir en óxidos, carburos, nitruros, boruros, etc. según su composición química. Las siguientes son algunas partículas cerámicas típicas y sus aplicaciones:
1. Cerámica de óxido
Óxido de aluminio (Al2O3): alta dureza, resistencia a altas temperaturas, utilizado para abrasivos, materiales refractarios y sustratos electrónicos.
ZrO2 (Zirconia): Alta tenacidad, utilizado para restauraciones dentales, cojinetes, sensores de oxígeno.
SiO2 (dióxido de silicio): utilizado en recubrimientos, rellenos y vidrio óptico.
TiO2 (dióxido de titanio): fotocatálisis, pigmento, material de protección solar.
ZnO (Óxido de Zinc): Varistor, material antibacteriano, agente de refuerzo de caucho.
2. Cerámicas de carburo
SiC (bigotes y partículas de carburo de silicio): reforzado y endurecido, altamente conductor térmico, resistente al desgaste, utilizado en semiconductores, pastillas de freno y componentes resistentes a altas temperaturas.
B4C (carburo de boro): un material superduro utilizado para armaduras antibalas y absorbentes de neutrones en reactores nucleares.
WC (carburo de tungsteno): herramientas de corte de aleaciones duras, brocas.
3. Cerámicas de nitruro
Si3N4 (nitruro de silicio): alta tenacidad, autolubricante, utilizado para rodamientos y componentes de motores.
AlN (nitruro de aluminio): alta conductividad térmica, aislamiento, utilizado para sustratos de embalaje electrónico.
BN (nitruro de boro): BN hexagonal (lubricante), BN cúbico (abrasivo superduro).
4. Cerámica de boruro
TiB2 (diboruro de titanio): alto punto de fusión, conductor, utilizado como material de electrodo y revestimiento resistente al desgaste.
ZrB2 (diboruro de circonio): cerámica de temperatura ultra alta utilizada para materiales de protección térmica aeroespacial.
5. Cerámica compuesta/funcional
BaTiO3 (titanato de bario): un material ferroeléctrico utilizado en condensadores y dispositivos piezoeléctricos.
PZT (titanato de circonato de plomo): una cerámica piezoeléctrica utilizada en sensores y transductores ultrasónicos.
Segundo. El problema de la dispersión de las partículas cerámicas.
Las partículas cerámicas, debido a su alta energía superficial y su pequeño tamaño (especialmente las nanoescala), son propensas a aglomerarse, lo que lleva a:
1.El aumento de la viscosidad de la suspensión afecta sus propiedades reológicas.
2. La sinterización desigual reduce las propiedades mecánicas de los productos cerámicos.
3. La dispersión desigual en revestimientos o materiales compuestos afecta el rendimiento funcional.
Por lo tanto, elegir el dispersante cerámico adecuado es crucial.
Tercero. Clasificación y selección de dispersantes cerámicos.
La función de los dispersantes cerámicos es reducir las fuerzas de Van der Waals entre partículas y mejorar la estabilidad de la suspensión. Según sus propiedades químicas, los dispersantes se pueden dividir en las siguientes categorías:
1. dispersante iónico
Adecuado para sistemas base agua, estabilizando partículas mediante repulsión electrostática.
Tipo aniónico (con carga negativa):
Poliacrilato de sodio (PAAS): indicado para cerámicas de óxido como Al2O3, SiO3, ZrO2, etc.
Dodecilbencenosulfonato de sodio (SDBS): comúnmente utilizado en cerámicas sin óxido como SiC y Si3N4.
Tipo catiónico (con carga positiva):
Bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB): adecuado para partículas cerámicas cargadas negativamente (como parcialmente ZrO2).
2. Dispersantes no iónicos
Adecuado para sistemas de disolventes orgánicos, estabilizando partículas mediante impedimento estérico.
Polivinilpirrolidona (PVP): adecuada para cerámicas no oxidadas como SiC, AlN, BN, etc.
Polietilenglicol (PEG): adecuado para cerámicas funcionales como BaTiO3 y PZT.
Serie BYK (como BYK-110): adecuada para lodos cerámicos con alto contenido de sólidos.
3. Agente de acoplamiento
Se utiliza para mejorar la compatibilidad entre cerámicas y sustratos orgánicos, como:
Agentes de acoplamiento de silano (KH-550, KH-570): adecuados para cerámicas de óxido como SiO2 y Al2O3.
Agente de acoplamiento de éster de titanio (NDZ-101): adecuado para cerámicas de alta energía superficial como SiC y TiB2.
4. Dispersante de polímeros
Adecuado para partículas nanocerámicas para evitar la aglomeración secundaria.
Ácido poliacrílico (PAA): apto para nano ZrO2, TiO2, etc.
Polimetacrilato de metilo (PMMA): adecuado para cerámicas de nitruro como Si3N4 y AlN.
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