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陶瓷盖板摔不烂、无划痕,跟粉体特征有什么关系?

米在陶瓷盖板上的黑科技想必业内人士已有一些了解,小米9月份推出了两款陶瓷手机,小米MIX2及尊享版,前一段时间央视采访视频中,小米负责人直接拿电钻来做硬度测试惊呆了众人,小米的陶瓷盖板在电钻猛烈的攻击下依然无划痕,确实很牛。如何做一个高强硬度的陶瓷盖板,工艺固然重要,但粉体更重要!今天我们就来了解一下陶瓷粉体的特征吧!

图 小米mix 2


一、粉体有多重要?


粉体的特性对于后续的成型和烧结都有着显著影响,特别是对陶瓷最终显微结构和力学性能具有重要作用。通常纯度高、粒径细小均匀且烧结活性好的粉体有利于制得结构均匀致密和力学性能优异的结构陶瓷材料。

图 氧化锆粉体材料


目前国内有做陶瓷粉体的企业有国瓷、东曹、东方锆业等。


二、先进的陶瓷粉体特征介绍


先进的陶瓷粉体特征主要包括颗粒大小、粒径分布、颗粒形状、团聚度、化学纯度及相组成,将直接影响到成型坯体和烧结体的显微结构。此外,粉体表面的结构以及化学状态对烧结活性也具有重要影响。接下来我们从几个特征来详细说明一下


图 SPS烧结的无添加剂的晶粒均匀的氧化锆陶瓷扫描图


01

颗粒大小

 


通常亚微米级的陶瓷粉体对于注浆或胶态成型的悬浮体制备是有利的,而且烧结活性较高容易得到高密度的陶瓷坯体和烧结体。


02

粒径分布


粒径分布较宽的粉体或双峰分布的粉体,虽然有可能达到高的坯体堆积密度,但在烧结过程中,其显微结构的控制将变得困难。因为大晶粒常常会吞噬小晶粒而快速长大,导致结构不均匀,力学性能变差。而粒径分布比较窄的粉体的均匀堆积,一般可以保证更好地控制显微组织。


03

颗粒形状


一般球形或等轴状的粉体颗粒对于控制粉体堆积的均匀性是有利的。


04

团聚度


粉料团聚会导致成型坯体的不均匀性,这又会在烧结过程中因各部位收缩速率不同而导致“差异烧结”,从而在烧结体中形成大的不规则孔洞或类似裂纹的孔洞。这些孔洞成为潜在的裂纹源,从而大大降低材料的力学性能和可靠性。可见,粉末的团聚会严重影响烧结后陶瓷的致密度和显微结构的均匀性。


通常团聚可分为两类,即颗粒之间以弱的范德华力连接的软团聚和颗粒之间以强化学键连接的硬团聚。对于陶瓷粉体最理想的状态是避免团聚,但是在大多数情况下是不太可能的;此种情况下,可允许软团聚而应该尽可能避免硬团聚。因为与硬团聚相比,软团聚常常可以更简单地通过机械方法(如球磨、搅拌磨)或在液体中的分散来打破,硬团聚则无法被打破分散。


05

化学纯度


粉体中表面杂质一方面可能对颗粒在液体中的分散带来不利,因为杂质离子会减小双电层厚度和Zeta电位,增大陶瓷悬浮体的黏度;另一方面杂质有可能导致在烧结过程中产生少量液相,这会导致少数晶粒的异常长大,难以获得晶粒均匀细小的显微结构。


总结:

对于制备结构陶瓷或先进陶瓷所期望的粉末特性应该为:颗粒直径为亚微米级(<1μm),粒径分布窄,颗粒形状呈球形或等轴状,无团聚或只有软团聚,粉末纯度高无杂质及呈单相和单分散体系。

部分素材主要来源于清华大学谢志鹏教授出版书籍《结构陶瓷》,艾邦高分子井小帅编辑整理。

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