图1　TZP3粉体的颗粒尺寸分布随超声时间的变化情况
Fig. 1　Variation of particle size distribution of TZP3 with ultrasonic time

3.2　分散剂用量对粉体颗粒尺寸分布的影响
　　三种粉体TZP1、TZP2、TZP3在1.0mMKCl溶液中的等电点分别为7.6、8.3、7.0.图2～4分别是加入不同量的聚丙烯酸铵后,三种粉体颗粒尺寸分布情况.其中分散剂的浓度为相对于粉体的重量百分比，对应的颗粒尺寸为平崐均粒径.对TZP1粉体来说，未加入分散剂前粉体颗粒尺寸分布宽，平均粒径为376.7nm.随着分散剂加入量的提高，颗粒尺寸分布变窄，平均粒径下降.当分散剂用量相当于粉体用量的1.186%时，TZP1粉体的平均粒径最小,为168.9nm,较未加入分散剂下降了一倍多.继续提高分散剂用量至2.372%时，粉体颗粒尺寸分布基本不变，平均粒径不再下降.相反，平均颗粒尺寸略有增加，说明颗粒之间形成絮凝结构.对浆料粘度的测定结果也有相似的规律，即超过分散剂在最佳用量时，浆料粘度有所增加^［10］.这说明同粘度测试一样，粒度分析也是表征悬浮体分散状态的有效方法.对TZP2粉体来说，有同样的变化规律.而且，分散剂的加入量间隔更加小,当分散剂用量仅有粉体重量的0.000237%时，仍然能明显降低粉体的平均粒径.说明少量的分散剂就可以在Y-TZP粉体表面产生较大的静电位阻作用，明显降低粉体中的团聚体.对TZP2粉体来说，最小颗粒尺寸对应的分散剂用量仍为1.186%.从图4可以看出,TZP3粉体有类似的变化规律，粉体最小的平均颗粒尺寸对应的分散剂用量仅为0.237%，较TZP1、TZP2小,但加入分散剂后平均粒径下降不明显.从797.0nm下降到570nm,说明TZP3粉体中存在较多的硬团聚.

图2　分散剂NH₄PAA的不同用量对TZP1粉体颗粒尺寸分布的影响
Fig. 2　Particle size distribution of aqueous dispersion of TZP1 as a function of NH₄PAA concentration

图3　分散剂NH₄PAA的不同用量对TZP2粉体颗粒尺寸分布的影响
Fig. 3　Particle size distribution of aqueous dispersion of TZP2 as a function of NH��4PAA concentration

图4　分散剂NH₄PAA的不同用量对TZP3粉体颗粒尺寸分布的影响
Fig. 4　Particle size distribution of aqueous dispersion of TZP3 as a function of NH��4PAA concentration

　　陶瓷粉料大多为瘠性料,具有憎液性，加入分散剂的主要目的是润湿颗粒表面,使其具有亲水性.实验结果证实了加入的表面活性剂浓度有一个最佳值.这时分散稳定程度最大，润湿最佳.当超过这一浓度时，会出现过饱和吸附情况，固体表面的亲水性反而下降，不利于润湿和分散.显然当表面活性剂浓度不足时，也不能良好地润湿颗粒表面，不利于分散.因此在粉体颗粒尺寸测定过程中，至少应选择几个不同分散剂浓度，使粉体达到最佳的分散状态.
　　图5为TZP3粉体加入不同分散剂时粉体表面的Zeta电势的分布情况.未加分散剂时粉体表面带少量的正电荷，此时对应的溶液pH值为5.58,小于粉体的等电点pH=7，因此粉体表面带正电.随分散剂的加入，粉体表面吸附了羧酸根离子，表面电荷为负，当分散剂用量为0.2372%时，粉体
的Zeta电势有最大值－53.11mV，此时粉体达到最佳的分散效果，因此有最小的平均粒径分布.分散剂用量超过0.2372%，粉体表面电势基本保持不变，颗粒尺寸分布也大体相同.文献［11］认为，在弱碱性条件下，聚丙烯酸铵呈伸展构型，达到饱和吸附后，将阻止更多的聚丙烯酸铵吸附在粉体表面，因此，整个悬浮体中粉体表面的Zeta电位并不随分散剂量的增加而增加.图6为加入不同分散剂对溶液pH的影响.分散剂的加入使溶液的pH升高，加入量超过0.237%时，溶液pH基本恒定在8.1左右.分散剂的加入改变了粉体表面的性质，使其静电排斥力增加，降低了团聚程度.改善了粉体的颗粒尺寸分布.

图5　不同分散剂用量对粉体TZP3表面电势的影响
Fig. 5　Zeta potential of TZP3 with different amount of dispersant

图6　不同分散剂用量对悬浮体pH的影响
Fig. 6　Effect of the amount of dispersant added on pH of the suspension

4　结论
1．选择合适的超声时间可以打碎粉体团聚，降低粉体的平均颗粒尺寸。
2．纳米粉体的颗粒尺寸分布情况与加入的分散剂用量有关，对TZP1和TZP2两种粉体，分散剂的最佳用量为1.186wt%。对TZP3来说，分散剂的最佳用量为0.237wt%。
3．加入分散剂改变了粉体的表面电荷，使其Zeta电势升高，颗粒之间的排斥作用增强。因此，分体的平均颗粒尺寸下降。同粘度测定一样，粒度分析也是表征悬浮体分散状态的有效方法。

作者单位：孙静　高濂　郭景坤　中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室　上海　200050

参考文献

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10　孙 静， 高 濂， 郭 景 坤 (SUN jing, et al). 无 机 材 料 学 报(Journal of Inorganic Materials)，1997, 12 (1): 35--40
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摘自《无机材料学报》