Les particules céramiques ont un large éventail d'applications dans les domaines de la science des matériaux, de l'électronique, du génie chimique, de la médecine et dans d'autres domaines, mais en raison de leur énergie de surface élevée et de leurs caractéristiques d'agrégation faciles, la dispersion a toujours été un défi majeur dans la préparation de matériaux céramiques hautes performances. Cet article présentera les types courants de particules céramiques et recommandera des dispersants appropriés pour différents matériaux céramiques afin d'améliorer la stabilité de la dispersion et les performances de traitement.
D'abord. Classification des particules céramiques courantes
Les particules céramiques peuvent être divisées en oxydes, carbures, nitrures, borures, etc. selon leur composition chimique. Voici quelques particules céramiques typiques et leurs applications :
1. Céramiques d'oxyde
Oxyde d'aluminium (Al2O3) : dureté élevée, résistance aux températures élevées, utilisé pour les abrasifs, les matériaux réfractaires et les substrats électroniques.
ZrO2 (Zircone) : Haute ténacité, utilisé pour les restaurations dentaires, les roulements, les capteurs d'oxygène.
SiO2 (dioxyde de silicium) : utilisé dans les revêtements, les charges et le verre optique.
TiO2 (dioxyde de titane) : photocatalyse, pigment, matériau de protection solaire.
ZnO (Oxyde de Zinc) : Varistance, matériau antibactérien, agent de renforcement du caoutchouc.
2. Céramiques carbure
SiC (barbis et particules de carbure de silicium) : renforcés et durcis, hautement conducteurs thermiquement, résistants à l'usure, utilisés dans les semi-conducteurs, les plaquettes de frein et les composants résistants aux hautes températures.
B4C (carbure de bore) : un matériau ultra-dur utilisé pour les blindages pare-balles et les absorbeurs de neutrons dans les réacteurs nucléaires.
WC (carbure de tungstène) : outils de coupe en alliage dur, forets.
3. Céramiques nitrurées
Si3N4 (nitrure de silicium) : haute ténacité, autolubrifiant, utilisé pour les roulements et les composants moteurs.
AlN (nitrure d'aluminium) : haute conductivité thermique, isolation, utilisé pour les substrats d'emballage électronique.
BN (nitrure de bore) : BN hexagonal (lubrifiant), BN cubique (abrasif super dur).
4. Céramique borure
TiB2 (diborure de titane) : point de fusion élevé, conducteur, utilisé comme matériau d'électrode et revêtement résistant à l'usure.
ZrB2 (diborure de zirconium) : Céramique ultra haute température utilisée pour les matériaux de protection thermique aérospatiale.
5. Céramiques composites/fonctionnelles
BaTiO3 (titanate de baryum) : un matériau ferroélectrique utilisé dans les condensateurs et les dispositifs piézoélectriques.
PZT (titanate de zirconate de plomb) : une céramique piézoélectrique utilisée dans les capteurs et transducteurs ultrasoniques.
Deuxième. Le problème de la dispersion des particules céramiques
Les particules céramiques, en raison de leur énergie de surface élevée et de leur petite taille de particules (en particulier les particules à l'échelle nanométrique), sont sujettes à l'agglomération, conduisant à :
1. L'augmentation de la viscosité de la bouillie affecte ses propriétés rhéologiques.
2. Un frittage inégal réduit les propriétés mécaniques des produits céramiques.
3. Une dispersion inégale dans les revêtements ou les matériaux composites affecte les performances fonctionnelles.
Il est donc crucial de choisir le dispersant céramique approprié.
Troisième. Classification et sélection des dispersants céramiques
La fonction des dispersants céramiques est de réduire les forces de Van der Waals entre les particules et d'améliorer la stabilité de la suspension. Selon leurs propriétés chimiques, les dispersants peuvent être répartis dans les catégories suivantes :
1. Dispersant ionique
Convient aux systèmes à base d'eau, stabilisant les particules par répulsion électrostatique.
Type anionique (avec charge négative) :
Polyacrylate de sodium (PAAS) : convient aux céramiques oxydes telles que Al2O3, SiO3, ZrO2, etc.
Dodécylbenzènesulfonate de sodium (SDBS) : couramment utilisé dans les céramiques non oxydées telles que SiC et Si3N4.
Type cationique (avec charge positive) :
Bromure d'hexadécyltriméthylammonium (CTAB) : convient aux particules céramiques chargées négativement (telles que partiellement ZrO2).
2. Dispersants non ioniques
Convient aux systèmes de solvants organiques, stabilisant les particules par obstacle stérique.
Polyvinylpyrrolidone (PVP) : convient aux céramiques non oxydées telles que SiC, AlN, BN, etc.
Polyéthylène glycol (PEG) : adapté aux céramiques fonctionnelles telles que BaTiO3 et PZT.
Série BYK (telle que BYK-110) : adaptée aux boues céramiques à haute teneur en solides.
3. Agent de couplage
Utilisé pour améliorer la compatibilité entre les céramiques et les substrats organiques, tels que :
Agents de couplage silane (KH-550, KH-570) : adaptés aux céramiques oxydes telles que SiO2 et Al2O3.
Agent de couplage ester de titane (NDZ-101) : convient aux céramiques à haute énergie de surface telles que le SiC et le TiB2.
4. Dispersant polymère
Convient aux nanoparticules de céramique pour éviter l'agglomération secondaire.
Acide polyacrylique (PAA) : convient pour nano ZrO2, TiO2, etc.
Polyméthacrylate de méthyle (PMMA) : convient aux céramiques nitrurées telles que Si3N4 et AlN.
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