【正文】 OH?值較高時粒子表面形成 M－ 鍵，使粒子表面帶負(fù)電。在不同的 PH 值下在分散劑O?中的粉體的表面化學(xué)特性就由吸附到顆粒表面的 和 粒子所決定 [20]。所吸??附的帶電粒子越多，其核電密度越大，Zeta 電位絕對值亦越大，越有利于懸浮體系的分散穩(wěn)定性。在漿料制備中，為獲得高分散性穩(wěn)定性好的漿料，通常選用一些有機(jī)電解質(zhì)來改善其懸浮性能 [21]。據(jù)此，本試驗選擇的介質(zhì)分別是：去離子水、無水乙醇、乙二醇、丙酮。 懸浮液配制及電導(dǎo)率測定首先測定所選純分散劑的電導(dǎo)率；其次在 50ml 燒杯中分別配置濃度為 20g/l 的不同分散介質(zhì) 懸浮液，測定其電導(dǎo)率后靜置若干小時（約 12h）待懸浮顆粒充2TiO分沉降后測其上層澄清液電導(dǎo)率，所測數(shù)據(jù)如下表 所示。表 純介質(zhì)、懸浮液及澄清液的電導(dǎo)率 （um/cm ）?分散介質(zhì) 去離子水 無水乙醇 乙二醇 丙酮 乙二醇+ 冰乙酸乙醇+ 冰乙酸純介質(zhì) 澄清液 表 1 列出的試驗測定的電導(dǎo)率數(shù)值反應(yīng)出純有機(jī)介質(zhì)的電導(dǎo)率較小，而分散有粉末的懸浮液及其澄清液的電導(dǎo)率增加很多。這說明懸浮液帶上了與 相反2Ti 2TiO的電荷?？梢哉J(rèn)為， 粉末由于吸附介質(zhì)分子離解出的 而帶正電荷：2TiOH?電泳沉積納米 陶瓷涂層結(jié)構(gòu)表征與性能研究2TiO13。2 2()()TiOnHxAinHxA?????? 粉末在懸浮液中的分散性和穩(wěn)定性 分散性根據(jù) DeijaguinLandau 理論 [22]，懸浮液穩(wěn)定性主要依靠聚結(jié)穩(wěn)定性。聚結(jié)穩(wěn)定性取決于固體粒子的靜電排斥能與粒子間吸引能的相對大小，而靜電吸引能決定于粒子半徑和粒子間距，粒子排斥能則決定于粒子半徑和 電勢的平方。去離子水?是強(qiáng)極性分子，容易潤濕非極性分子 表面，使其分散。同時，水分子容易離解2TiO出一些 和 離子，固體粉末粒子吸附這些離子而帶上電荷，具有一定 電勢，H?O? ?故懸浮性較好，丙酮的情況與此類似，而乙醇和乙二醇極性不強(qiáng)，不能很好地潤濕表面，故荷電性差，團(tuán)聚度大，分散性差。2Ti 懸浮穩(wěn)定性本文采用文獻(xiàn) [23]的粉末沉降質(zhì)量百分比方法對懸浮液的分散穩(wěn)定性進(jìn)行考察。稱量 50ml 燒杯質(zhì)量和 1g 試樣，分別配置濃度為 20g/l 不同分散劑的 粉末的懸2TiO浮液，經(jīng)不同時間的沉降后進(jìn)行烘干處理，再次稱量燒杯和試樣質(zhì)量，并作出質(zhì)量差，最后計算出沉降百分比，繪制沉降曲線。實驗數(shù)據(jù)如所列表格數(shù)據(jù)。表 20g/l 懸浮液經(jīng) 12h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì) 去離子水 乙醇 乙二醇 丙酮 乙醇+ 冰乙酸 乙二醇+ 冰乙酸沉降前試樣+燒杯 沉降后試樣+燒杯 質(zhì)量差 沉降質(zhì)量百分比 % % % % % %安徽建筑工業(yè)學(xué)院本科生畢業(yè)論文14表 20g/l 懸浮液經(jīng) 24h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì) 去離子水 乙醇 乙二醇 丙酮 乙醇+ 冰乙酸 乙二醇+ 冰乙酸沉降前試樣+燒杯 沉降后試樣+燒杯 質(zhì)量差 沉降質(zhì)量百分比 % % % % % %表 20g/l 懸浮液經(jīng) 36h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì) 去離子水 乙醇 乙二醇 丙酮 乙醇+ 冰乙酸 乙二醇+ 冰乙酸沉降前試樣+燒杯 沉降后試樣+燒杯 質(zhì)量差 沉降質(zhì)量百分比 % % % % % %表 20g/l 懸浮液經(jīng) 48h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì) 去離子水 乙醇 乙二醇 丙酮 乙醇+ 冰乙酸 乙二醇+ 冰乙酸沉降前試樣+燒杯 沉降后試樣+燒杯 質(zhì)量差 電泳沉積納米 陶瓷涂層結(jié)構(gòu)表征與性能研究2TiO15沉降質(zhì)量百分比 % % % % % %表 20g/l 懸浮液經(jīng) 60h 沉降處理相關(guān)質(zhì)量（g）2TiO分散介質(zhì) 去離子水 乙醇 乙二醇 丙酮 乙醇+ 冰乙酸 乙二醇+ 冰乙酸沉降前試樣+燒杯 沉降后試樣+燒杯 質(zhì)量差 沉降質(zhì)量百分比 % % % % % %根據(jù)各時間段內(nèi)的不同分散介質(zhì)的沉降質(zhì)量百分比數(shù)據(jù)輸入 Origin 得出沉降質(zhì)量百分比曲線，如圖 所示。圖 不同分散介質(zhì)的懸浮液的沉降曲線安徽建筑工業(yè)學(xué)院本科生畢業(yè)論文16由圖 可以看出 懸浮液在去離子水中分散穩(wěn)定性最好，丙酮中次之，在2TiO乙醇+ 冰醋酸和乙醇中很差。測量結(jié)果與上述分析一致的。但在后續(xù)的電泳試驗過程中發(fā)現(xiàn)，如果采用去離子水作為分散劑，則所配制的懸浮液在電泳過程中，工作電極附近明顯有大量氣泡產(chǎn)生，所得到的電泳膜很粗糙且多孔，這很可能是電解水析氫造成的，故本試驗采用分散穩(wěn)定性次之但仍佳的丙酮作為試驗分散劑配制懸浮液進(jìn)行后續(xù)電泳工藝的試驗探討。 值對電泳沉積的影響為了考察懸浮液的 PH 值對電泳沉積的影響，試驗保持懸浮液濃度為 20g/l，電泳沉積電壓維持在 100v。在沒有滴加冰醋酸時不管沉積電壓高低、沉積時間長短均沒有 顆粒沉積，工作電流顯示為零。向 20g/l 的懸浮液中逐滴滴加冰醋酸，利2TiO用精密 PH 試紙測定 PH 值，分別為：；電泳時間選取為8min，質(zhì)量差如表 所示，時間與沉積量曲線圖如圖 所示。表 不同 PH 影響下所得沉積量（g）時間（min）/沉積量（g）PH 值2 4 6 8 電泳沉積納米 陶瓷涂層結(jié)構(gòu)表征與性能研究2TiO17圖 不同 PH 得到的 沉積量曲線2Ti從圖 可以看出，在一定 PH 值下， 沉積量均隨時間的延長而增加。相O同沉積時間下，隨著 PH 值的減小沉積量會增大。當(dāng) PH 值為 時，工作電極附近明顯有少量氣泡產(chǎn)生，得到的膜層粗糙、多孔，這可能是析氫造成的。在體視顯微鏡下觀察沉積電壓為 100v、時間 5min、濃度為 20g/l、PH 值分別為 和 的沉積膜表面可明顯辨別，如圖 和 所示。圖 PH= 的沉積膜在體視顯微鏡下表面放大 15 倍圖像圖 PH= 的沉積膜在體視顯微鏡下表面放大 15 倍圖像向懸浮液中滴加少量冰醋酸時，懸浮液中 的濃度增加，降低了懸浮液的 PHH?值，同時也使懸浮液中的 顆粒有更多可供吸附的 。 顆粒表面的活性點2TiO2TiO吸附懸浮液中的自由 ，自身變成帶正電荷的粒子，在電場的作用下向陰極遷移，H?最終在銅片基體上放電沉積出來。當(dāng)懸浮液中沒有自由 或 濃度很低時，即懸?浮液 PH 值較高時，基本上得不到電泳沉積層。當(dāng)懸浮液的 PH 值太低時，懸浮液中安徽建筑工業(yè)學(xué)院本科生畢業(yè)論文18又有過多的自由 ，在陰極電泳沉積時又會發(fā)生嚴(yán)重的析氫現(xiàn)象。H? 懸浮液濃度對電泳沉積的影響根據(jù)上述對 PH 值的討論，為避免因 PH 過低造成的析氫不良影響，后續(xù)試驗采用 的 PH 值更為合理；控制電壓選取為 90、100、110v，電泳時間為 5min，濃度選取為 40g/l，重復(fù)上述實驗步驟，測得的實驗數(shù)據(jù)如下表所示（基底薄銅片質(zhì)量為 ） ， 沉積量與時間的關(guān)系圖見圖 。2TiO表 電壓 90v 下各濃度沉積質(zhì)量（g）濃度（g/l） 10 20 30 40沉積質(zhì)量（g） 表 電壓 100v 下各濃度沉積質(zhì)量（g）濃度（g/l） 10 20 30 40沉積質(zhì)量（g） 表 電壓 110v 下各濃度沉積質(zhì)量（g）濃度（g/l） 10 20 30 40沉積質(zhì)量（g） 電泳沉積納米 陶瓷涂層結(jié)構(gòu)表征與性能研究2TiO19圖 不同懸浮液濃度得到的 沉積量曲線2Ti由圖可見，不同沉積電壓下，懸浮液濃度越大，即懸浮液中含有更多的帶正電的 顆粒時，在外加電場作用下遷移到陰極附近的粒子數(shù)量也越多，沉積量越大，2TiO兩者基本呈線性關(guān)系。在一定懸浮液濃度下， 沉積量也隨外加電壓增大而增加。2TiO當(dāng)電壓為 110v 時，得到的膜層表面比較粗糙且裂紋較多，這可能是電壓過高易造成嚴(yán)重析氫的緣故。見圖 體視顯微鏡下所拍 110v 得到的 35 倍膜層表面照片。圖 U=110v 所得沉積膜在體視顯微鏡下表面放大 35 倍圖像 沉積電壓對電泳沉積的影響在 PH 為 ，沉積時間為 5min 的條件下，電壓分別選取為80、90、100、110v，濃度為 30g/l ，重復(fù)上述實驗步驟，測得的實驗數(shù)據(jù)如表所示（基底薄銅片質(zhì)量為 ） 。表 濃度為 10g/l 時各電壓得到的沉積質(zhì)量（g）電壓（v） 80 90 100 110沉積量（g） 表 濃度為 20g/l 時各電壓得到的沉積質(zhì)量（g）電壓（v） 80 90 100 110沉積量（g） 安徽建筑工業(yè)學(xué)院本科生畢業(yè)論文20表 濃度為 30g/l 時各電壓得到的沉積質(zhì)量（g）電壓（v） 80 90 100 110沉積量（g） 圖 不同沉積電壓得到的 沉積量曲線2TiO由圖 可見，在不同濃度的懸浮液中， 沉積量都是隨外加電壓增大而增大，而且在相同沉積電壓下，懸浮液濃度越大沉積量也越多。兩電極之間的距離一定時，外加電壓增大，也就意味著兩電極之間的電場強(qiáng)度增強(qiáng)，則電場梯度增大，相當(dāng)于產(chǎn)生了更大的驅(qū)動力，從而使懸浮液中更多的 顆粒移向陰極，并在陰極2TiO表面放電沉積出來。在電極兩端電壓為 110v 時，工作電極表面也有少量氣泡生成，并且得到的沉積層也呈多孔狀，這也應(yīng)該是由于陰極析氫造成的。其體現(xiàn)圖見 。電泳沉積納米 陶瓷涂層結(jié)構(gòu)表征與性能研究2TiO21圖 U=110v 所得沉積膜在體視顯微鏡下表面放大 15 倍圖像 電泳時間對電泳沉積的影響 維持沉積電壓為 100v，PH=，電泳時間設(shè)計為 10min，濃度選為 30g/l，重復(fù)上述實驗步驟，測得的實驗數(shù)據(jù)如表所示（基底薄銅片質(zhì)量為 ） 。表 濃度為 10g/l 時各電壓時間得到的沉積質(zhì)量（g）時間（min）2 4 6 8 10沉積量（g） 表 濃度為 20g/l 時各電壓時間得到的沉積質(zhì)量（g）時間（min）2 4 6 8 10沉積量（g） 表 濃度為 30g/l 時各電壓時間得到的沉積質(zhì)量（g）時間（min）2 4 6 8 10安徽建筑工業(yè)學(xué)院本科生畢業(yè)論文22沉積量（g） 由此數(shù)據(jù)繪制不同電泳時間得到的 沉積量與時間的關(guān)系見圖 。2TiO 圖 不同電泳時間得到的 沉積量曲線2TiO由圖可見，在不同懸浮液濃度下得到的沉積量基本上都與時間呈線性關(guān)系，為求得沉積量與時間具體的函數(shù)關(guān)系，下面進(jìn)行電泳沉積機(jī)理的探討。 電泳沉積機(jī)理 [24]關(guān)于電泳沉積的機(jī)理，Hamaker 認(rèn)為，在一定時間 t（s）內(nèi)，電泳沉積層的質(zhì)量 Y（kg）應(yīng)該與懸浮液中粒子的電泳遷移率 u（ ） 、兩電極之間的電場21mV??強(qiáng)度 E（V/m） 、懸浮液的濃度 C（kg/ ）和工作電極的面積 A（ ）成正比關(guān)系，3 2因此得到了 Hamaker 方程式： ()dYuEAt? 由于在每次電泳沉積過程中都使兩電極之間的電壓 U 和距離 d 保持不變，而且得到的膜層厚度與電極距離相比幾乎可以忽略，因此可以用兩電極之間的電壓除以兩電極之間的距離來近似代替 E，再將等式 右邊的 A 移到左邊，即得到單位面電泳沉積納米 陶瓷涂層結(jié)構(gòu)表征與性能研究2TiO23積膜層質(zhì)量 w（kg