納米魔法：氣相二氧化硅提升陶瓷透明性 比表面積有玄機(jī)

在陶瓷材料的研發(fā)與生產(chǎn)進(jìn)程中，材料的透明性和霧度是衡量其品質(zhì)與應(yīng)用價值的關(guān)鍵指標(biāo)之一。氣相二氧化硅（氣硅）作為一種性能獨特的無機(jī)納米材料，憑借其極小的粒徑、高比表面積以及良好的分散性等優(yōu)勢，在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，對陶瓷透明性的影響也備受關(guān)注。

氣相二氧化硅是通過鹵硅烷在氫氧火焰中高溫水解制得的納米級無定形二氧化硅白色粉末，里面包含親水型氣相二氧化硅和疏水型氣相二氧化硅，其中疏水型氣相二氧化硅是親水型改性而來。而親水型氣相二氧化硅從比表面積維度劃分，有低比表氣硅與高比表氣硅。其粒子尺寸處于納米級別，表面富含硅羥基。

陶瓷材料是指用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點。傳統(tǒng)陶瓷追求力學(xué)性能等，而隨著光學(xué)、電子等領(lǐng)域發(fā)展，透明陶瓷需求攀升。在陶瓷材料實際應(yīng)用中，氣相二氧化硅作為一種高性能納米添加劑，可顯著優(yōu)化陶瓷的力學(xué)強(qiáng)度、燒結(jié)行為、光學(xué)性能以及微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)陶瓷基體韌性，降低燒結(jié)溫度，減少燒結(jié)時間，那么不同比表氣相二氧化硅的加入，對陶瓷的透明性和霧度會產(chǎn)生什么樣的影響呢？

湖北匯富納米材料股份有限公司研發(fā)人員聚焦低比表與高比表氣硅不同添加量下，陶瓷透明度與霧度的變化情況，深入剖析氣硅作用機(jī)制，為陶瓷材料性能優(yōu)化提供理論支撐。

在低比表氣硅實驗中，技術(shù)人員分別在實驗樣陶瓷材料中加入1%、3%、5%、8%和10%的氣相二氧化硅，然后結(jié)合空白樣，對其透光率和霧度進(jìn)行測試。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，橙色霧度曲線相對平穩(wěn)，霧度始終維持在96%左右，藍(lán)色透光率曲線呈現(xiàn)總體上升趨勢，從10%的透光率上升至12%左右。這表明低比表氣硅添加后，一定程度上促進(jìn)了陶瓷透光率提升，且對霧度干擾較小。

在高比表氣硅實驗中，技術(shù)人員同樣分別在實驗樣陶瓷材料中加入1%、3%、5%、8%和10%的氣相二氧化硅，然后結(jié)合空白樣，對其透光率和霧度進(jìn)行測試。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，橙色霧度曲線相對平穩(wěn)，霧度始終維持在95.5%左右，藍(lán)色透光率曲線呈現(xiàn)總體上升趨勢，從10%的透光率上升至14%左右。

對比低比表氣相二氧化硅，高比表氣硅對透光率的提升幅度更顯著，這源于高比表氣硅比表面積大，表面硅羥基多，在陶瓷體系中分散后，憑借高活性可更好地與陶瓷顆粒表面作用，促進(jìn)燒結(jié)時顆粒重排與致密化，更高效地排出氣孔。

那么氣相二氧化硅是如何提升陶瓷的透明性和穩(wěn)定霧度的呢？

一、填充和致密化作用

氣硅納米粒子尺寸小，可滲入陶瓷顆粒間空隙。在陶瓷燒結(jié)階段，氣硅表面硅羥基可與陶瓷顆粒表面基團(tuán)形成氫鍵或化學(xué)鍵合，促進(jìn)顆粒間結(jié)合與傳質(zhì)，推動燒結(jié)進(jìn)程，使陶瓷坯體更致密，原本陶瓷內(nèi)部的氣孔，在氣硅輔助下，部分小氣孔被填充、排出，大氣孔尺寸減小，從而減少光散射的氣孔源。

二、內(nèi)部光散射有效抑制

陶瓷的多晶結(jié)構(gòu)中，晶界是光散射的主要來源。傳統(tǒng)陶瓷的晶界常包含非晶相或雜質(zhì)，導(dǎo)致晶界與晶粒間折射率差異大，產(chǎn)生顯著散射，氣硅引入陶瓷體系后，會形成氣硅-陶瓷基體界面，抑制晶界非晶相的無序生長，使晶界結(jié)構(gòu)趨于單相化，晶粒尺寸更小且均勻，晶界更規(guī)則平滑，整體上降低了由晶界引起的光散射。

通過以上作用，氣相二氧化硅最大限度地減少了陶瓷內(nèi)部的光散射源（主要是氣孔，其次是粗大晶粒和不良晶界），使得光線能夠更順利地穿過材料，從而顯著提高了陶瓷的透光率。

同時，通過對低比表與高比表氣硅不同添加量下陶瓷透光率和霧度數(shù)據(jù)剖析，證實氣相二氧化硅的比表面積和添加量是調(diào)控陶瓷透明性和霧度的關(guān)鍵參數(shù)。通過納米填充、燒結(jié)動力學(xué)優(yōu)化及表面化學(xué)調(diào)控等多重機(jī)制，在提升透光率的同時維持霧度，為高性能透明陶瓷的規(guī)模化制備提供了理論支撐。未來，隨著氣硅表面改性技術(shù)與陶瓷成型工藝的深度融合，有望推動透明陶瓷在極端環(huán)境光學(xué)器件、生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域的突破性應(yīng)用，助力我國新材料產(chǎn)業(yè)邁向全球價值鏈中高端。