象述与述驴 199年第通期(总第82期)传送永 电泳沉积原理及其在陶瓷制备中的应用 张道礼胡云香黎步银周东祥 华中理工大学电子科学与技术系,湖北武昌,430071) 摘要本文介绍了电泳沉积(D)的原理,从胶体悬浮体系的DLW经典静电稳定理论出发讨 论了EPD的机理,综逑了国外关于电泳沉积应用于陶瓷(包括传统瓷、技术瓷、超导瓷、生物瓷和复合瓷) 坯体直接成型的研究进展 键词胶体悬浮体电泳沉积原理陶瓷应用 大小和粒子间距离有关,而且加入电解质时,对斥 力势能的影响十分明显,因此适当调整电解质的 电泳沉积(EPD)是指电泳和沉积两个过程的浓度,可以得到相对稳定的胶体体系。利用Der 综合。电泳是指在外加电场的作用下胶体粒子在 Jaguin近似,两个相互作用的球状粒子间的斥力 分散介质中作定向移动的现象;沉积是指微粒聚势能为 沉成较密集的质团。自从1927年 harsanyi首先 VR=2ra[G(D-Gm(∞)aD 用电泳沉积的方法在铂阴极上成功沉积Th2和式中,GR是在距离D和∞处粒子单位表面上的 钨以来,这种通过外加直流电场,从某一稳定的胶Gbs自由能。而吸力势能为: 体悬浮液直接成型各种陶瓷坯体的方法已广泛用 V 于包括传统瓷、技术瓷、超导瓷、生物瓷和复合瓷 6Dr+r 的制备本文着重介绍电泳沉积原理及其在陶瓷式中A是 Hamaker常数,D为两个粒子间的距离, 制备中的应用。 r1,r2分别为两个粒子的半径。VA对D和总能量 Vr(=VR+V)的关系如图1所示。实际上,悬浮 2胶体悬浮液中粒子的相互作用和分散相粒子的带电、溶剂化作用及布朗运动是胶 电泳沉积机理 体悬浮液体系稳定的三个重要原因 胶体粒子是带电的,胶体悬浮液的稳定要求 其颗粒具有一定的表面电荷。这些电荷主要来自 四个方面:(1)微粒表面基团的离解或离子化;(2) 田 电势决定( potential-determining的离子的再吸附, 如Ag表面吸附银离子或碘离子;(3)离子表面活 性剂的吸附;(4)同形取代。 Lyklema2认为在非水 悬浮液体系中,只有(1)和(3两种来源才是显著 的。目前学者们对EPD方法的考虑主要集中在微 粒表面基团的离解或离子化这一种形式,即只考 虑静电稳定性。按照DVO理论{,胶体悬浮液体 系的相对稳定和聚沉主要取决于斥力势能和吸力 势能的相对大小。斥力势能、吸力势能不仅与粒子 图1粒子间作用能示意图 o1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net嫩囊麟缅鳌眺夔粼糟熟撰姗翻撒碾翱缝 电泳沉积 原 理及 其在 陶瓷 制 备 中的应 用 张道礼 胡云 香 黎步银 周 东样 华 中理工 大学 电子科学 与技术系 , 湖北 武 昌 , 的 摘 要 本 文 介 绍 了 电 泳 沉 积 即 的 原 理 从胶 体 悬 浮 体 系的 经 典 静 电 稳 定 理 论 出 发 讨 论 了 的 机 理 , 综 述 了 国 外关 于 电 泳 沉 积 应 用 于 陶 瓷 包括 传 统 瓷 、 技 术 瓷 、 超 导 瓷 、 生 物 瓷 和 复 合 瓷 坯 体 直接 成 型 的 研 究进展 。 关键 词 胶体 悬 浮 体 电 泳沉 积 原 理 陶 瓷 应 用 引 言 电泳 沉 积 是 指 电泳和 沉积 两个 过 程 的 综 合 。 电泳是指在外加 电场的作用下 , 胶 体粒子在 分 散介 质 中作定 向移动 的现 象 沉 积是 指微 粒 聚 沉成较密集 的质 团 。 自从 年 〕首先 用 电泳沉 积 的方 法 在 铂 阴极 上成 功 沉 积 肠 它 和 钨 以 来 , 这种通 过外 加直 流 电场 , 从某一稳 定 的胶 体悬 浮 液直接成型 各种 陶瓷坯体 的方法 已 广泛 用 于 包 括传统 瓷 、 技 术 瓷 、 超导 瓷 、 生 物 瓷和 复合 瓷 的制备 , 本 文着 重 介 绍 电泳 沉 积 原理 及其 在 陶瓷 制备 中的应 用 。 大小和 粒子 间距 离有关 , 而且 加人 电解 质 时 , 对斥 力势 能 的 影 响十分 明显 , 因 此适 当调 整 电解 质 的 浓度 , 可 以 得 到相 对 稳定 的胶 体 体 系 。 利 用 近 似 , 两 个 相 互 作 用 的球 状 粒 子 间 的 斥 力 势 能为 二 一 翻 刃〔侃 · 一侃 · 一 , 〕刃 式 中 , , 。 是 在 距 离 和 处 粒 子单 位表 面 上 的 。 自由能 。 而 吸力势 能为 乓 、十 胶体 悬 浮液 中粒 子 的相 互 作用 和 电泳沉 积机理 胶 体粒 子是 带 电的 , 胶 体悬 浮 液 的稳 定 要 求 其颗粒具有 一定 的表面 电荷 。 这些 电荷 主要来 自 四 个 方 面 微粒表 面基 团 的离解 或离子化 电势决定 一 而 的离 子 的再 吸附 , 如 妙 表 面 吸附银 离子 或碘离子 离 子 表 面 活 性 剂 的吸 附 同形取代 。 扩 认 为在非水 悬 浮 液 体系 中 , 只 有 和 两种 来 源 才是 显 著 的 。 目前学 者们对 方法 的考 虑主要 集 中在微 粒 表 面 基 团 的 离解 或 离 子 化 这一 种形 式 , 即 只 考 虑静 电稳 定性 。 按 照 刃 理 论图 , 胶 体悬 浮液 体 系的相 对稳 定和 聚沉主要 取决于斥力势 能和 吸力 势 能 的相 对 大小 。 斥 力势 能 、 吸力 势 能不 仅 与粒子 式 中 是 常数 , 为两个粒 子 间 的距 离 , , , 分别 为两个 粒 子 的半径 。 从 对 和 总 能 量 从 从 十 的关 系如 图 所 示 。 实 际上 , 悬 浮 分 散相 粒 子 的带 电 、 溶 剂 化作 用 及 布 朗运 动是胶 体悬 浮液体 系稳定 的三个 重要 原 因 。 心广 医翔骊 、 二 奋件 · 石 一 、 ’ 一丫丁 貂叹举 图 粒 子 间作 用 能 示 意 图