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二氧化钛在陶瓷中的作用具体有哪些? 日期:2022-12-19 点击:928次

  很多人对钛白粉(TiO2)并不陌生,我们的日常生活中,钛白粉屡见不鲜,涂料、化妆品、橡胶等都有它的身影。钛白粉(TiO2),学名二氧化钛,陶瓷行业也是钛白粉的重要应用领域,陶瓷级钛白粉具有纯度高、粒度均匀、折射率高,优良的耐高温性,以及不透明度高、涂层薄、重量轻等的特性,被广泛应用于陶瓷、建筑、装饰等材料中。同时二氧化钛在陶瓷应用中可做“将”可做“兵”,神通广大。

  一、主料:二氧化钛陶瓷

  1、二氧化钛介电陶瓷

  二氧化钛有三种晶型,即金红石、锐钛矿和板钛矿,在电子陶瓷中金红石型TiO2是制造高介电常数的陶瓷电容器、微晶活性材料钛酸盐电压电陶瓷的主要原料。TiO2有非常好的介电性能,从产业化的角度来看,其很常见并且价格便宜,有推广使用价值,作为微波介质陶瓷的一种是有可观的应用前景的。

  从表中可知,三种晶型以金红石的性能稳定,工业中使用多。可是TiO2的缺点也是显而易见的:温度系数高(约450ppm/℃),烧结温度较高达(1500℃),为此不少专家在做着低温烧结的研究,很多问题待解决。

  2、二氧化钛抗菌陶瓷

  近年来,国内外在光催化型抗菌材料领域发展迅速,纳米TiO2是一种非常好的光催化抗菌材料,具有光催化活性高、稳定性好、对人体无害、成本低等优点,其应用到抗菌陶瓷行业,可以保持原有陶瓷使用功能,还具有良好的抗冲击性、耐磨性和耐酸碱的性能,能有效杀灭与人体接触时残留的大肠杆菌以及其他有害细菌,具有巨大的经济效益。

  日本是研究开发抗菌陶瓷的国家,日本TOTO公司在1993年开发了光催化抗菌陶瓷。在基础釉中加入二氧化钛,二氧化钛等光触媒剂作为一种半导体,在大于其带隙能含有紫外线的光照射条件下,二氧化钛等光触媒剂不仅可以完全降解环境中的有害有机物生成二氧化碳和水,还可以除去大气中低浓度的氮氧化物NOx和含硫化合物硫化氢、二氧化硫等有毒气体。若在二氧化钛中掺杂银系离子可以提高杀菌功效。

  相对国外不少发达国家抗菌陶瓷已投放市场的情况,我国虽有成果报道和少量产品上市,但是要让抗菌陶瓷真正大规模走入市场还需要在技术层面与产品成本上进行突破。

  3、二氧化钛多孔陶瓷 目前烟气脱硝市场中,蜂窝式和板式的脱硝催化剂是目前商业上常用的,但是这两种催化剂处理烟气主要依靠浓度差扩散到孔壁表面,扩散速率慢,这个缺点是无法满足我国的环保要求的。

  以二氧化钛为主要原料,玻璃纤维为增强剂,淀粉为造孔剂,利用捏合机搅拌均匀,然后在含水量20%左右将混合料取出利用挤压成形制出多孔陶瓷管,干燥一定时间后,在电炉620℃中烧成。

  制备这种管式新型微观结构的多孔陶瓷催化剂将处理的烟气分割成无数细小气流,极大的增大了催化反应的表面积,进而提高了脱硝效率。造孔剂含量增大能提高多孔氧化钛陶瓷的结构强度,含量达到45%时,多孔陶瓷管壁含有较大的气孔,利于烟气排出速率增大。

  二、作为辅料,二氧化钛在陶瓷中的应用

  1、二氧化钛在立方氧化锆陶瓷中的应用

  立方氧化锆陶瓷主要运用在固体氧化物燃料电池、氧传感器、敏感元件、高温导电材料等领域。与四方氧化锆陶瓷相比,具有更好的高温导电性能,但强度硬度相对较低,耐磨性较差。

  Zr0.8Ce0.2O2陶瓷样品中有二氧化钛的添加,一方面与Zr0.8Ce0.2O2形成固液体,另一方面作为烧结助剂,可以有效抑制陶瓷晶粒异常生长,形成许多小晶粒,从而晶界面积增大,而且不规则的晶界阻碍裂纹的扩展,增强陶瓷基体的力学性能,有利于提高陶瓷材料的硬度。

  2、二氧化钛在可切削硅基陶瓷中的应用 为提高瓷贴面修复体的强度,通常需要对瓷贴面修复体的表面进行处理,如上釉或者抛光,但当患者佩戴修复体后,修复体在受压下可能引起粘接面裂纹变大,导致修复体失效。将含有不同比例的纳米二氧化钛的VM9饰瓷堆积在可切削陶瓷表面,依据上釉程度烧结,经试验研究表明含0、2.5%、5%、7.5%、10%纳米二氧化钛的VM9饰瓷与可切削陶瓷试件匹配性较好,耐热冲击性能较好。

  3、二氧化钛在黑色氧化铝中的应用 黑色氧化铝陶瓷具有良好的遮光性和较高的电阻率,被广泛应用于半导体集成电路的封装管壳以及数码管衬板。作为电子技术应用的氧化铝陶瓷,黑色着色剂或者色料的选择不仅要保证瓷料颜色的黑度、质地的致密,也必须保证瓷体的绝缘特性以及用作电子器件时所应具备的其他性能。

  二氧化钛是一个很好的添加剂,它不仅能有利于黑色氧化铝陶瓷的着色,降低黑色氧化铝陶瓷的烧成温度,而且能提高黑色氧化铝陶瓷的体积电阻率。研究表明,加入2%的二氧化钛,烧结温度为1350℃,黑色氧化铝陶瓷试样的密度为3.7215g/cm3,体积电阻率达到1012Ω.m。

  4、二氧化钛在堇青石多孔陶瓷中的应用 堇青石多孔陶瓷因具有体积密度小、热膨胀系数低以及良好的抗热震性能等优点,在汽车尾气净化器载体,化学反应中的反应载体,以及高温烟气过滤器等用途中获得广泛使用。随着材料烧结温度的下降以及气孔率不断增加,堇青石多孔陶瓷的力学性能有明显下降趋势,如何在高气孔率条件下仍使材料具有较高的强度已成为堇青石多孔陶瓷研究与应用的热点领域。

  以二氧化钛为烧结助剂,材料气孔率、开气孔率以及线收缩率没有发生明显变化,但材料的力学性能得到了明显提高,压缩强度值由3.23MPa提高到5.83MPa,提高幅度达到80%,这主要源于材料烧结性能的改善、孔径尺寸的细化以及更为均匀的孔径尺寸分布。其次无论是否加入二氧化钛,材料的孔径尺寸均呈单峰分布:二氧化钛的加入,材料孔径尺寸更为均匀。


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