淺談納米材料在陶瓷油墨制備中的應用

吳嬌

一、陶瓷油墨制備

陶瓷油墨是由陶瓷材料和無危險介質以及添加劑所配制的，以上所述的制備方法中均是由微米級的陶瓷材料的的顆粒為原料進行加工制備的，而要制得陶瓷墨水，其最終的目標都是將這些顆粒制成陶瓷超細粉體，陶瓷超細粉體良好的分散于介質或添加劑中是得到良好性能的陶瓷墨水的關鍵。

超細粉體是指尺度介于分子，原子與塊狀材料之間，通常泛指1-100nm范圍內的微小固體顆粒.包括金屬，非金屬，有機，無機和生物等多種材料顆粒。

目前主要研究單位與代表性的相關論文有如下：

天津大學 “Sol-Gel 法制備連續式噴墨打印用彩色陶瓷墨水的理化性能” 、 “反相微乳液法制備高濃度 ZrO2 陶瓷墨水” 、 “BaTiO3 陶瓷墨水的制備與性能” ;

南昌航空工業學院 “噴打用藍色及紅色陶瓷表面裝飾墨水的制備與性能” ;

陜西科技大學 “反相微乳液法制備陶瓷裝飾用彩噴墨;

大連理工大學 “Al2O3 陶瓷墨水的乳化分散制備工藝”;

中國地質大學 “納米氧化鋯陶瓷墨水的制備” 等。

目前制備陶瓷墨水的方法主要有分散法、溶膠法和反相微乳液法。

分散法

是制備分散體系的一種方法。其原則是從大塊物質出發，利用機械研磨或超聲分散等分散手段將其粉碎，制成分散體系。常用的機械研磨設備有球磨機、砂磨機和膠體磨等，但它們通常只能將物質磨細到1μm左右。

溶膠法

簡單的講Sol—Gel溶膠凝膠法，溶膠-凝膠法就是用含高化學活性組分的化合物作前驅體，在液相下將這些原料均勻混合，并進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠體系，溶膠經陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網絡結構的凝膠，凝膠網絡間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經過干燥、燒結固化制備出分子乃至納米亞結構的材料。

反相微乳液法

反相微乳液是W/ O（ 油包水） 型的微乳液， 就是將表面活性劑和助表面活性劑溶解在非極性或極性很低的有機溶劑中， 當表面活性劑超過一定量的CMC（ 臨界膠束濃度） 時， 溶液能顯著地增溶極性液體（ 如水以及水溶液） 。但是用反相微乳液法制備陶瓷墨水是一種新的嘗試， 關鍵是要獲得溶水量盡可能高的微乳液體系， 才能使陶瓷墨水具有實用性。

二、陶瓷墨水性能要求

1.陶瓷墨水的一般性能

2.特殊性能要求： ?（1） 要求陶瓷粉料在溶劑中能保持良好的化學和物理穩定性， 不會出現化學反應和顆粒團聚沉淀; ?（2） 要求在打印過程中， 陶瓷粉料顆粒能在短時間內以最有效的堆積結構排列， 附著牢固， 獲得較大密度的打印層， 以便煅燒后獲得較高的燒結密度; （3） 要求打印的色劑高溫燒成后具有良好的呈色性能以及與坯釉的匹配性能。

三、納米陶瓷材料的性能

傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

納米陶瓷粉體是介于固體與分子之間的具有納米數量級（1～100nm）尺寸的亞穩態中間物質。隨著粉體的超細化，其表面電子結構和晶體結構發生變化，產生了塊狀材料所不具有的特殊的效應。

具體地說納米粉體材料具有以下的優良性能：極小的粒徑、大的比表面積和高的化學性能，可以顯著降低材料的燒結溫度、節能能源;使陶瓷材料的組成結構致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性;可以從納米材料的結構層次（l～100nm）上控制材料的成分和結構，有利于充分發揮陶瓷材料的潛在性能。另外，由于陶瓷粉料的顆粒大小決定了陶瓷材料的微觀結構和宏觀性能。如果粉料的顆粒堆積均勻，燒成收縮一致且晶粒均勻長大，那么顆粒越小產生的缺陷越小，所制備的材料的強度就相應越高，這就可能出現一些大顆粒材料所不具備的獨特性能。

四、應用思路：

1、將微米級的陶瓷顆粒制備成納米級的顆粒，再用做制備陶瓷油墨的原料。

2、有些物質在納米級時，粒度不同顏色也不同，或用不同的物質呈現不同的顏色。由于陶瓷超細粉體的高度微細且具有很好的流動性與潤滑性，可以達到更好的分散懸浮和穩定。

3、可用納米級的原材料制成陶瓷油墨中的各種成分，如樹脂、顏料、填料等。用作顏料，則會使顏料用量減少反而遮蓋力高、光澤好，樹脂粒度細膩、成膜連續、均勻性好、膜層薄， 使印刷的圖像更加清晰。