NiO/YSZ凝胶注模工艺流变特性研究(2)

　　对于固相含量为55%的悬浮液,式(2) 计算结果为: h=0.013d。对于纳米尺寸的粉体,颗粒之间的距离小于1nm ,此时,颗粒之间的吸引力有可能达到两颗粒之间势能曲线的最小值,而发生永久性团聚。而且NiO和YSZ密度不同, NiO密度6.80g/ cm³ ,比YSZ的密度5.90g/cm³ 大,根据Stokes重力沉降速度公式(3) 可知,固体颗粒的密度与沉降速度成正比,密度越大,沉降越快,分散越不稳定。固相含量为45%悬浮料浆稳定, 因此NiO/YSZ水基浆体最合适的固相含量为45%。

　　式中,ρS 和ρL分别是固体和液体的密度, g是重力加速度,η是液体的粘度, D是颗粒的Stokes直径。

2.2、分散剂含量对流变性质的影响

　　在pH=9,固相含量为45%NiO/YSZ悬浮体系中分别加入分散剂0,0.006,0.012,0.024,0.048g/ml 。实验结果如图3所示。聚丙烯酸铵在水溶液中发生下列电离和水解反应:

　　不加分散剂时,NiO/YSZ料浆粘度较大,几乎无法达到料球分离,故无法给出不加分散剂料浆的流变曲线。从图3 中可以看出,NiO/YSZ料浆呈现出剪切变稀的特性,加入0.012g/ml 分散剂的料浆粘度最小。当分散剂加入量小于0.012g/ml ,例分散剂用量为0.006g/ml ,NiO/YSZ料浆粘度增大,原因是氧化物表面过少的分散剂使吸附层厚度变薄,氧化物颗粒因为碰撞或者聚丙烯酸铵的分子桥联形成颗粒簇,导致NiO/YSZ悬浮体系中的自由溶剂含量减少。当分散剂含量超过0.012g/ml ,例如分散剂用量为0.024～0.048g/ml 时,则因为聚丙烯酸铵浓度过高,导致分散剂分子之间相互缠结也使溶剂分子自由移动受到限制,从而导致NiO/YSZ悬浮液体系粘度上升。因此, 在pH=9 , 固相含量为45%NiO/YSZ悬浮体系中,分散剂的最佳用量为0.012g/ml 。

图3 　不同分散剂含量的流变曲线

2.3、pH值对流变性质的影响

　　固相含量为45%、分散剂含量为0.012g/ml的NiO/YSZ悬浮液pH值呈现为8 。在碱性范围内,分散剂全部电离,并在颗粒表面形成稳定吸附,斥力位能受静电位能和空间位能共同决定,由DL-VO理论可知,pH 值主要影响电解质的电离进而影响Zeta电位。

　　图4 和5 表明在固相含量为45%、分散剂含量为0.012g/ml 时,pH为9 ,NiO/YSZ悬浮液粘度最低。NiO/YSZ悬浮液的pH降低, H+浓度上升导致式(5)到式(6)中的反应平衡向右移动,即聚丙烯酸铵电离程度降低,NiO 和YSZ 颗粒表面的电荷数减少,聚丙烯酸根分子链之间的静电斥力减弱,所以NiO/YSZ 悬浮液粘度增加。但是pH的增加,伴随着NiO/YSZ悬浮液离子强度的增加,离子的定域化强度增强,聚丙烯酸分子链由伸长变为卷曲,造成吸附层厚度变薄,空间稳定作用变弱,NiO/YSZ悬浮液粘度增加。

图4 　Zeta电位与pH的关系曲线　　图5 　pH值与浆体粘度的关系

3、结论

　　(1) NiO/YSZ水基料浆为假塑性流体。当剪切速率较低时,NiO/YSZ水基料浆表现为剪切变稀特性。

　　(2) 确定了配制NiO/YSZ水基料浆最适宜的工艺参数,即pH=9 ,分散剂用量为0.012g/ ml ,固相含量45%的NiO/YSZ水基料浆,稳定性好,满足浇注的实验要求。