团聚，先进陶瓷的“生死劫”！

从生产流程上看，先进陶瓷的生产历经粉体制备，成型、烧结、精加工等几大环节，其中陶瓷产品的性能很大程度上取决于原料粉体的特性已成为业内共识。

对于陶瓷从业人员来说，想方设法获得理想的陶瓷粉体已成为他们的一大执念。

理想的粉体首先应该是由单个的一次颗粒组成，所谓一次颗粒是指粉体中最基本的颗粒。

但在制备陶瓷材料超细粉末的过程中，陶瓷粉末的团聚现象是普遍存在的。做陶瓷的朋友都知道，粉末的团聚是降低陶瓷材料性能的重要原因：

团聚体是限制陶瓷材料可靠性的裂纹的主要产生源，在陶瓷烧结工艺中，素坯中的团聚体相对于包含它的基体以不同的速度烧结，结果在团聚体与基体界面形成应力，而这种由差分烧结产生的应力比团聚体本身所引起的开裂及其它微观损害更严重，粉料中的团聚体最终可能导致烧结体中产生大裂纹。

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当前，先进陶瓷正朝向纳米化方向发展，解决陶瓷粉体的团聚问题显得尤为重要。

01 团聚产生的原因

团聚的原因，不外乎以下几方面：

（1）分子间的范德华引力；

（2）颗粒间的静电引力；

（3）超细颗粒的高表面能、表面的氢键及其他化学键作用；

（4）吸附水分的毛细管力；

（5）颗粒间的磁引力；

（6）颗粒表面不干净引起的机械纠合力。

由于团聚体中一次颗粒间的作用力大小不同，团聚体又有软团聚与硬团聚之分。前者主要是由于颗粒之间的范德华力和库仑力非常强而形成的团聚，硬团聚是由于颗粒间的范德华力和库仑力以及化学键合作用力等多种作用力所引起，另外与颗粒的制备工艺及过程控制也有关。

软团聚容易通过一般的化学作用或机械作用被破坏而分散为一次颗粒，而硬团聚由于颗粒间结合紧密，比较难被破坏，只通过一般的化学作用是不够的，需要用比较强烈的手段，如加入分散剂、球磨、强超声处理等，才能使其得到分散。

02 解决粉体团聚的有效手段

防止团聚现象的发生，以获得粒度分布窄、化学组成均匀、单分散的颗粒，是获得高性能纳米粉体的关键步骤。

气体介质中粉体团聚的控制方法

（1）机械分散

机械分散是通过机械力作用强制将团聚的粉体颗粒分开。虽然机械分散效果较好，但是机械分散仅仅是将颗粒强制分开，并没有消除颗粒间的作用力，当机械外力停止后，很可能会使团聚再次发生。机械分散法一般包括研磨、普通球磨、振动球磨、胶体磨、空气磨和机械搅拌，一般用于防止和破坏颗粒间的软团聚。机械分散的缺点是容易引入杂质（球磨介质），可能改变粉体性质，如提高粉体颗粒表面能、增加晶格缺陷、在表面形成无定形层、改变化学组成等。

（2）干燥处理

干燥处理是指通过破坏和防止颗粒间形成的液桥（液桥作用力很大），从而控制团聚的方法，这种方法同样适用于控制液体介质中的团聚。

（3）静电分散

静电分散是利用“异性相吸、同性相斥”的原理，为粉体颗粒通电，使颗粒带上同种电荷，增加排斥反应来控制团聚。这种方法的关键是让颗粒带上最大限度的电荷，其方法有：接触带电、感应带电和电晕带电。其中，电晕带电是最有效的方法。

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液体介质中粉体团聚的控制方法

（1）有机物洗涤

在液相法制备陶瓷粉体时，在干燥过程的固液混合状态下，必须在固液混合状态下将液相中残余的各种盐类杂质离子，如NH3、OH-、Cl-等尽可能彻底地除尽，一般通过洗涤来实现。如用有机溶剂洗涤，即用表面张力比水低的醇、丙酮等有机溶剂洗涤以取代残留在颗粒间的水，减小液桥作用，可获得团聚程度较轻的粉料。

（2）加入分散剂

使用分散剂是抑制团聚的最好措施。它们在液相中有两个作用：一是吸附作用，降低界面的表面张力；二是胶团化作用。利用它们在固液界面的吸附作用，形成一层液膜，阻碍颗粒间相互接触，同时降低界面的表面张力，从而减小毛细管的吸附力；并且还能通过库仑力及空间位阻作用，防止颗粒接触及产生排斥力，抑制团聚体形成。较常用的分散剂有醇类、酮类有机物、胺盐和明胶等。

分散剂的种类

（3）共沸蒸馏

采用共沸蒸馏法能较有效地防止硬团聚的形成。这种方法是将洗除了杂质离子(如Cl-、NO3-等)的滤饼与有机溶剂如醇、甲苯、二甲苯等搅拌混合后，转入蒸馏瓶中共沸处理。在共沸温度下，滤饼内的水分子以共沸物的形式被带出而脱除。当滤饼内的水分完全被脱除后，再升温到沸点，继续回流一段时间排出有机溶剂。蒸馏脱水后的滤饼在烘箱中干燥后再煅烧，最后得到无硬团聚的非常疏松的超细粉体。

（4）特殊干燥工艺

干燥技术对纳米粉体的性能有显著的影响，在表面张力的作用下，随着胶体中液体的挥发，极易产生凝胶孔的塌陷而颗粒的聚集和长大。近年来开发和发展了几种合适纳米粉体干燥的方法，如冷冻干燥、超流体干燥和喷雾干燥。

03 小

近年来，一些新颖的方法在制备无团聚粉体方面表现出良好的效果，如气相合成法，该法易于控制反应条件，反应物容易精制，反应气氛易于控制，只要控制反应气相足够稀薄，就能得到少团聚，甚至不团聚的超细陶瓷粉，如TiO2、SiO2、Al2O3、氮化物等均可采用此法制取粉体。

参考来源：

[1]宋希文等.氧化铝超细粉末中团聚产生的原因及消除机理

[2]刘剑.粉体团聚的控制措施

[3]李永青.ZrO2超细粉体的制备及控制其团聚的措施

[4]程浩.纳米氧化锆粉体抗团聚老化性的研究