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陶瓷添加劑
本書在概述陶瓷添加劑的基本原理和研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上系統(tǒng)介紹了分散劑、助濾劑、助磨劑、塑化劑、助燒劑、著色劑、消泡劑等傳統(tǒng)陶瓷添加劑,以及稀土改性添加劑、納米添加劑、增韌劑、造孔劑和偶聯(lián)劑等新型陶瓷添加劑的分類、性能、配方、使用注意事項以及在各種陶瓷中的應(yīng)用。
《陶瓷添加劑——配方·性能·應(yīng)用(第二版)》系統(tǒng)介紹了分散劑、助濾劑、助磨劑、塑化劑、助燒劑、著色劑、消泡劑等傳統(tǒng)陶瓷添加劑,以及稀土改性添加劑、納米添加劑、增韌劑、造孔劑和偶聯(lián)劑等新型陶瓷添加劑的分類、性能、配方、使用注意事項以及在各種陶瓷中的應(yīng)用。
第二版在保留上一版基本體系和主要特點的基礎(chǔ)上,完善了陶瓷添加劑的品種,增補了近年的新原料、新配方、新應(yīng)用,同時總結(jié)了陶瓷添加劑領(lǐng)域的新研究成果。修訂后,本書進一步增強了新穎性和實用性,可作為精細化工、陶瓷材料等專業(yè)的學(xué)生教學(xué)用書,也可作為相關(guān)科研和生產(chǎn)人員的參考用書。
前言
《陶瓷添加劑——配方·性能·應(yīng)用》第一版自2011年出版以來,以其科學(xué)性和實用性受到讀者的歡迎。近年來,書中所述陶瓷添加劑的生產(chǎn)技術(shù)、原料類型、配方組成等均有不同程度的發(fā)展,為使本書進一步增強新穎性和準確性,使讀者對陶瓷添加劑的基本性質(zhì)和應(yīng)用有進一步的了解,本書作者根據(jù)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最新研究成果,在保留第一版的基本體系和主要特點的基礎(chǔ)上,對本書進行了修訂和完善,主要體現(xiàn)在完善部分陶瓷添加劑的品種,刪除實用性欠佳、老舊的內(nèi)容,增補近些年的新原料、新配方、新應(yīng)用,以及改進第一版出版時因編寫時間倉促而遺留的不足、缺憾和疏漏。
修訂內(nèi)容主要包括:
(1)第2章助濾劑,更新了部分新型助濾劑的合成及性質(zhì)研究的內(nèi)容。
(2)第5章助燒劑,新增了5.4助燒劑在傳統(tǒng)陶瓷中的應(yīng)用;5.5.3助燒劑在熱電陶瓷中的應(yīng)用;5.5.4.5 ZrO2陶瓷。
(3)第6章著色劑,補充了新型陶瓷著色劑配方,重寫了著色劑在新型陶瓷中的應(yīng)用。
(4)第8章其他坯釉料添加劑,對脫模劑和防腐殺菌劑的內(nèi)容進行了擴充,增補了8.6耐污釉料添加劑。
(5)第9章稀土改性添加劑,刪除了9.2氧化釔稀土添加劑,并對原有各節(jié)內(nèi)容進行了補充和完善。
(6)第10章納米添加劑,刪除了10.2納米添加劑的特殊物理效應(yīng)、10.4.3納米添加劑對陶瓷晶粒尺寸的影響、10.4.6納米添加劑對陶瓷物相組成和晶胞參數(shù)的影響,增加了10.3常見納米添加劑、10.4納米添加劑在氧化鋯陶瓷中的應(yīng)用。
(7)第一版第12章增韌劑在本版列為了第11章,刪除了原書中氧化鋯增韌劑的制備、氧化鋯增韌磷酸鈣復(fù)合生物材料的研究的部分內(nèi)容,增加了纖維增韌、顆粒彌散增韌、自增韌和納米復(fù)合增韌的內(nèi)容。
(8)第一版第13章造孔劑在本版列為了第12章,補充了各種新型造孔劑的配方和應(yīng)用,并增加了關(guān)于氣凝膠多孔材料的內(nèi)容。
(9)第一版第11章偶聯(lián)劑在本版列為了第13章,對部分內(nèi)容及小節(jié)設(shè)置作了調(diào)整。
(10)對各章節(jié)的結(jié)構(gòu)進行了調(diào)整,全書文字進行了推敲、精煉,使內(nèi)容更具系統(tǒng)性、科學(xué)性和實用性。
參加第二版修訂工作的有哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李文旭、吳金珠、宋英。吳金珠編寫了第9(部分內(nèi)容)、10、11章,宋英編寫了第4、5、9(部分內(nèi)容)章,其余各章由李文旭和吳金珠編寫,全書由李文旭統(tǒng)稿。
在本書的修訂過程中,本書責(zé)任編輯以及哈爾濱工業(yè)大學(xué)強亮生教授給予了熱情的支持和幫助,在此表示衷心的感謝。
盡管作者在修訂過程中力求完美,但限于編者水平,難免存在疏漏和不當之處,懇請廣大讀者提出寶貴意見。
編者
2016年10月于哈爾濱工業(yè)大學(xué)
第一版前言
陶瓷的研究和生產(chǎn)是一個古老又年輕的領(lǐng)域,在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟中具有特別重要的地位。陶瓷分為傳統(tǒng)陶瓷和先進陶瓷,先進陶瓷按其性能和應(yīng)用領(lǐng)域又分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷的研究和生產(chǎn)在我國起步較早,已有幾千年的歷史,而先進陶瓷在我國是近30年才迅速發(fā)展起來的一類陶瓷。隨著陶瓷工業(yè)的迅速發(fā)展,陶瓷的品種和產(chǎn)量日益增加。為了提高和改善陶瓷的性能,在陶瓷的生產(chǎn)工序中都需要加入一定量的添加劑,添加劑的加入可以賦予陶瓷制品加工所需的各種工藝性能,如分散性、可塑性、懸浮性等,而且對于改善工藝條件及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能也有著十分明顯的作用。近年來隨著先進陶瓷不斷發(fā)展,對添加劑的要求更高,陶瓷添加劑的研究越來越受到廣大科學(xué)工作者、研發(fā)單位和使用部門的關(guān)注。
目前市場上關(guān)于陶瓷添加劑的圖書相對較少,且主要從精細化學(xué)品的角度介紹陶瓷添加劑的原理和應(yīng)用,內(nèi)容基本以應(yīng)用于傳統(tǒng)陶瓷的添加劑為主。而本書內(nèi)容除傳統(tǒng)的陶瓷添加劑外,還重點介紹了包括稀土添加劑、納米添加劑、氧化鋯陶瓷增韌劑等添加劑以及這些添加劑對新型功能陶瓷性能的影響,并結(jié)合作者多年從事功能陶瓷的教學(xué)和研究的實踐,把部分研究成果引入本書,適當介紹了陶瓷添加劑在新型陶瓷領(lǐng)域的作用以及發(fā)展新動態(tài)。
全書共分為緒論、傳統(tǒng)陶瓷添加劑、新型陶瓷添加劑三部分。第一部分主要介紹陶瓷添加劑的基本原理、研究現(xiàn)狀等。第二部分主要介紹已經(jīng)廣泛應(yīng)用在陶瓷領(lǐng)域中的各種傳統(tǒng)陶瓷添加劑。第三部分主要介紹新型陶瓷添加劑的特點、作用和應(yīng)用。本書由李文旭、宋英編寫,其中宋英編寫了塑化劑和助燒劑兩章及稀土添加劑中的部分內(nèi)容,其他內(nèi)容由李文旭編寫,全書由李文旭統(tǒng)稿。書中各種添加劑基本知識和基本理論的介紹均佐以實例和具體配方,力求結(jié)合實際,希望能夠?qū)氖绿沾裳芯康目蒲腥藛T和相關(guān)領(lǐng)域的生產(chǎn)人員有所幫助,有助于讀者的學(xué)習(xí)和科研思路的建立。
在本書的編寫過程中,化學(xué)工業(yè)出版社領(lǐng)導(dǎo)和本書責(zé)任編輯提出了許多寶貴的編寫意見,哈爾濱工業(yè)大學(xué)強亮生教授給予了熱情的支持和幫助,在此表示感謝。
陶瓷添加劑種類繁多,雖然作者在編寫過程中力求完美,但由于水平所限,難免存在疏漏和其他不妥之處,懇請廣大讀者提出寶貴意見。
編者
2010年6月于哈爾濱工業(yè)大學(xué)
李文旭,哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院教授,從事功能陶瓷材料領(lǐng)域的研究工作多年,已完成關(guān)于陶瓷材料研究的多項課題,獲得國家發(fā)明專利授權(quán)2項,發(fā)表研究論文十余篇。
緒論1
0.1陶瓷添加劑的定義和分類1
0.1.1陶瓷添加劑的定義1
0.1.2陶瓷添加劑的分類2
0.2陶瓷添加劑的功能與作用機理3
0.2.1分散作用3
0.2.2懸浮穩(wěn)定作用6
0.2.3助磨作用7
0.2.4增強作用9
0.2.5黏結(jié)作用9
0.2.6助燒作用9
0.2.7減水作用11
0.2.8消泡作用13
0.2.9著色作用14
0.2.10偶聯(lián)作用16
0.2.11潤滑作用17
0.3陶瓷添加劑的使用原則19
0.4陶瓷添加劑的研究現(xiàn)狀和主要產(chǎn)品20
0.4.1陶瓷添加劑的研究現(xiàn)狀20
0.4.2陶瓷添加劑主要產(chǎn)品21
0.5陶瓷添加劑的發(fā)展前景23
第一篇傳統(tǒng)陶瓷添加劑
第1章分散劑26
1.1概述26
1.2分散劑的分類26
1.2.1按分散介質(zhì)分類26
1.2.2按荷電性質(zhì)分類27
1.2.3按化學(xué)組成分類28
1.3分散劑的作用29
1.3.1分散納米粉體的作用30
1.3.2在坯體制備中的作用32
1.3.3在噴霧干燥泥漿中的應(yīng)用33
1.3.4在釉料制備中的應(yīng)用33
1.4分散劑分散效果的影響因素34
1.4.1分散劑的種類34
1.4.2聚合物分子量35
1.4.3分散劑用量35
1.4.4料漿pH值37
1.4.5其他影響因素38
1.5分散劑分散效果的評價方法39
1.5.1沉降法39
1.5.2粒度觀測法39
1.5.3Zeta電位法39
1.5.4透光率法40
1.6分散劑選擇和使用原則40
1.6.1不同料漿選擇不同的分散劑41
1.6.2使用水化能力大且能與有害離子形成配合物的分散劑41
1.6.3選擇合適分子量的高分子分散劑41
1.6.4適當加入助溶劑41
1.6.5使用復(fù)配型分散劑41
1.7典型分散劑簡介及配方42
1.7.1傳統(tǒng)陶瓷分散劑42
1.7.2新型陶瓷分散劑——高分子分散劑46
1.7.3新型陶瓷分散劑的高性能化53
1.8陶瓷分散劑的研究發(fā)展趨勢54
第2章助濾劑56
2.1概述56
2.2助濾劑的分類57
2.2.1按物質(zhì)種類分類57
2.2.2按作用性質(zhì)分類57
2.3助濾減水效果的影響因素59
2.3.1黏土的組分與性質(zhì)的影響59
2.3.2雜質(zhì)離子的影響61
2.3.3固相顆粒形狀與大小的影響61
2.3.4泥漿pH值的影響61
2.4陶瓷常用助濾劑61
2.4.1聚丙烯酰胺62
2.4.2聚乙烯亞胺62
2.4.3陽離子丙烯酸樹脂62
2.4.4聚氧化乙烯62
2.4.5膠體二氧化硅加陽離子聚合物63
2.4.6減水劑UFN-263
2.4.7減水劑AF64
2.4.8減水劑MY64
2.4.9木質(zhì)素磺酸鈣64
2.4.10單寧酸鈉64
2.5助濾劑配方64
2.6新型助濾劑的合成及性質(zhì)研究65
2.6.1腐殖酸鈉-丙烯酸銨-丙烯酸鈉復(fù)合減水劑的合成65
2.6.2水玻璃-三聚磷酸鈉復(fù)合型陶瓷減水劑的合成65
2.6.3新型聚羧酸系高效減水劑的合成66
2.6.4環(huán)糊精接枝共聚物型減水劑的合成66
2.7高效減水劑的研究發(fā)展趨勢67
第3章助磨劑68
3.1概述68
3.2助磨劑的分類69
3.2.1按成分組成分類69
3.2.2按物理狀態(tài)分類69
3.2.3按助磨劑的性能分類70
3.3助磨劑助磨效果的影響因素70
3.3.1助磨劑種類的影響71
3.3.2助磨劑用量的影響72
3.3.3被粉磨物料的性質(zhì)的影響73
3.3.4粉磨設(shè)備的工藝條件的影響74
3.4使用助磨劑的技術(shù)要點及注意事項75
3.4.1明確加入助磨劑的目的75
3.4.2選擇合適的摻加量75
3.4.3準確計量,穩(wěn)定加入75
3.4.4采用必要的配套工藝措施,合理調(diào)節(jié)工藝參數(shù)76
3.4.5選擇優(yōu)質(zhì)高效的助磨劑,嚴把質(zhì)量關(guān)76
3.5常用助磨劑品種76
3.5.1低級醇76
3.5.2烷基醇胺類76
3.5.3脂肪酸及其酯類77
3.5.4長鏈脂肪酸乙醇酰胺77
3.5.5羊毛脂77
3.5.6高分子助磨劑77
3.5.7腐殖酸鈉77
3.5.8其他78
3.6新型助磨劑的研究發(fā)展趨勢78
第4章塑化劑80
4.1概述80
4.2塑化劑的分類80
4.2.1機塑化劑80
4.2.2有機塑化劑81
4.3塑化劑在陶瓷成型工藝中的應(yīng)用85
4.3.1塑化劑在干壓成型中的應(yīng)用85
4.3.2塑化劑在注射成型中的應(yīng)用86
4.3.3塑化劑在擠制成型中的應(yīng)用88
4.3.4塑化劑在熱壓鑄成型中的應(yīng)用90
4.3.5塑化劑在軋膜成型中的應(yīng)用90
4.3.6塑化劑在流延成型中的應(yīng)用91
第5章助燒劑95
5.1概述95
5.2助燒劑的分類96
5.2.1鋰鹽96
5.2.2氧化物97
5.2.3低熔點玻璃97
5.3燒結(jié)助劑的加入方式98
5.4助燒劑在傳統(tǒng)陶瓷中的應(yīng)用98
5.4.1在建筑陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用98
5.4.2在日用陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用100
5.5助燒劑在新型陶瓷中的應(yīng)用101
5.5.1助燒劑在多層陶瓷電容器基材料中的應(yīng)用101
5.5.2助燒劑在微波介質(zhì)陶瓷中的應(yīng)用102
5.5.3助燒劑在熱電陶瓷中的應(yīng)用105
5.5.4助燒劑在高溫陶瓷中的應(yīng)用114
5.6助燒劑的研究發(fā)展趨勢123
第6章著色劑124
6.1概述124
6.2顏色的測試與控制方法125
6.2.11931 CIE-XYZ表色系125
6.2.2CIE 1976(L*a*b*)Lab表色系125
6.2.3陶瓷顏色測定方法126
6.3常用陶瓷著色劑的分類127
6.3.1按著色方法分類127
6.3.2按著色機理分類127
6.3.3按照所呈顏色分類127
6.4陶瓷色料的性質(zhì)130
6.4.1陶瓷色料的共性130
6.4.2陶瓷色料的特性131
6.5陶瓷著色劑配方131
6.6著色劑在新型陶瓷中的應(yīng)用132
6.6.1著色劑在氧化鋁電子陶瓷中的應(yīng)用132
6.6.2著色劑在羥基磷灰石牙科陶瓷中的應(yīng)用133
6.6.3著色劑在氧化鋯牙科陶瓷中的應(yīng)用134
6.7陶瓷著色劑的發(fā)展趨勢139
第7章消泡劑141
7.1概述141
7.2消泡劑的分類141
7.2.1按來源分類141
7.2.2按作用分類142
7.2.3按物質(zhì)種類分類142
7.3消泡劑消泡效果的評價方法143
7.3.1消泡速度143
7.3.2抑泡性能144
7.3.3貯藏穩(wěn)定性144
7.3.4動態(tài)穩(wěn)定性144
7.4常用消泡劑144
7.5使用消泡劑的注意事項146
7.6消泡劑的應(yīng)用147
7.7消泡劑的研究發(fā)展趨勢147
第8章其他坯釉料添加劑149
8.1概述149
8.2脫模劑150
8.2.1油、石蠟系列脫模劑150
8.2.2乳化硅油脫模劑151
8.2.3碳化硅陶瓷脫模劑151
8.3防腐殺菌劑152
8.3.1銀系納米釉料殺菌劑152
8.3.2氧化鎂釉料殺菌劑153
8.3.3新型光催化殺菌劑——稀土改性四針氧化鋅153
8.3.4其他釉料抗菌劑154
8.3.5防腐殺菌劑的使用方法及注意事項155
8.4懸浮穩(wěn)定劑156
8.5負離子陶瓷添加劑157
8.6耐污釉料改性添加劑158
8.7釉料黏結(jié)劑159
8.8解凝劑159
8.9潤濕劑160
8.10釉漿保護劑160
8.11有機染料160
第二篇新型陶瓷添加劑
第9章稀土改性添加劑162
9.1概述162
9.2稀土改性添加劑在生物陶瓷領(lǐng)域中的應(yīng)用163
9.2.1氧化鈰在羥基磷灰石陶瓷中的應(yīng)用163
9.2.2氧化鑭在羥基磷灰石陶瓷中的應(yīng)用165
9.3稀土改性添加劑在電子陶瓷領(lǐng)域中的應(yīng)用166
9.3.1超導(dǎo)陶瓷167
9.3.2熱電陶瓷167
9.3.3壓電陶瓷168
9.3.4導(dǎo)電陶瓷170
9.3.5介電陶瓷171
9.4稀土改性添加劑在敏感陶瓷領(lǐng)域中的應(yīng)用172
9.4.1壓敏陶瓷172
9.4.2氣敏陶瓷173
9.4.3熱敏陶瓷174
9.4.4濕敏陶瓷175
9.5稀土改性添加劑在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域中的應(yīng)用175
9.6稀土改性添加劑在光學(xué)陶瓷領(lǐng)域中的應(yīng)用176
9.6.1透明陶瓷176
9.6.2發(fā)光陶瓷177
9.7稀土改性添加劑在陶瓷涂層/薄膜領(lǐng)域中的應(yīng)用177
9.7.1陰極射線發(fā)光陶瓷薄膜177
9.7.2高力學(xué)性能陶瓷涂層178
9.7.3生物活性陶瓷涂層178
第10章納米添加劑180
10.1概述180
10.2納米添加劑的特性180
10.2.1納米材料特殊的熱學(xué)特性180
10.2.2納米粒子特殊的光學(xué)特性181
10.2.3納米材料優(yōu)異的力學(xué)特性182
10.2.4納米微粒奇異的磁學(xué)特性182
10.2.5納米材料特殊的電學(xué)性能182
10.3常見納米添加劑182
10.3.1納米稀土氧化物182
10.3.2納米金屬氧化物183
10.3.3納米碳化硅185
10.3.4納米氮化鈦187
10.4納米添加劑在氧化鋯陶瓷中的應(yīng)用187
10.4.1納米添加劑對陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的影響188
10.4.2納米添加劑對陶瓷致密度的影響189
10.4.3納米添加劑對陶瓷燒結(jié)溫度的影響190
10.4.4納米添加劑對陶瓷力學(xué)性能的影響191
10.5納米添加劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究發(fā)展前景194
第11章增韌劑195
11.1概述195
11.2纖維增韌195
11.2.1碳纖維增韌196
11.2.2碳納米管增韌196
11.2.3SiC晶須增韌197
11.3顆粒彌散增韌197
11.4自增韌198
11.5納米復(fù)合增韌199
11.6氧化鋯增韌劑的應(yīng)用200
11.6.1氧化鋯增韌劑的增韌原理200
11.6.2氧化鋯增韌Al2O3復(fù)合陶瓷(ZTA)201
11.6.3氧化鋯增韌磷酸鈣復(fù)合生物陶瓷203
第12章造孔劑210
12.1概述210
12.2多孔陶瓷性能的表征212
12.2.1氣孔率212
12.2.2平均孔徑、最大孔徑和孔道長度212
12.2.3滲透能力212
12.3造孔劑的分類213
12.3.1按物質(zhì)種類分類213
12.3.2按造孔機理分類213
12.3.3按來源分類214
12.4造孔劑造孔效果的影響因素215
12.4.1多孔陶瓷的配方設(shè)計215
12.4.2造孔劑的用量215
12.4.3造孔劑的形狀和大小215
12.4.4造孔劑與原料的混合方式216
12.4.5燒結(jié)制度216
12.5典型造孔劑應(yīng)用216
12.5.1碳類造孔劑216
12.5.2生物造孔劑218
12.5.3有機物造孔劑219
12.5.4復(fù)合造孔劑221
12.5.5短效造孔劑222
12.6其他造孔劑的應(yīng)用223
12.6.1多孔氧化鋁陶瓷223
12.6.2多孔羥基灰石生物陶瓷224
12.7氣凝膠新型多孔材料225
12.7.1凝膠注模成型工藝過程225
12.7.2氣凝膠含量對多孔材料微觀結(jié)構(gòu)的影響226
12.7.3氣凝膠含量對多孔材料開氣孔率及表觀密度的影響228
12.7.4熱處理溫度對多孔材料開氣孔率及表觀密度的影響228
第13章偶聯(lián)劑230
13.1概述230
13.2偶聯(lián)劑的主要類型和化學(xué)結(jié)構(gòu)231
13.2.1硅烷偶聯(lián)劑231
13.2.2鈦酸酯偶聯(lián)劑233
13.2.3其他類型偶聯(lián)劑234
13.3偶聯(lián)劑的使用方法234
13.3.1硅烷偶聯(lián)劑的使用方法235
13.3.2鈦酸酯偶聯(lián)劑的使用方法236
13.4偶聯(lián)效果的評價方法和常用的測試手段236
13.4.1偶聯(lián)效果的評價方法236
13.4.2分析和測試手段237
13.5偶聯(lián)劑偶聯(lián)效果的影響因素237
13.5.1偶聯(lián)劑種類的影響237
13.5.2反應(yīng)介質(zhì)的影響238
13.5.3偶聯(lián)劑添加量的影響238
13.5.4反應(yīng)時間的影響240
13.5.5表面改性氧化鋯的表征241
13.5.6選用硅烷偶聯(lián)劑的一般原則242
13.6偶聯(lián)劑的合成243
13.6.1硅烷偶聯(lián)劑的合成243
13.6.2鈦酸酯偶聯(lián)劑的合成245
13.7偶聯(lián)劑的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究發(fā)展趨勢245
參考文獻247
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