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(jià)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(dú)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(shì)，在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，對(duì)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(jí)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(jí)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(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(shí)間，那么不同比表氣相二氧化硅的加入，對(duì)陶瓷的透明性和霧度會(huì)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(shí)驗(yàn)中，技術(shù)人員分別在實(shí)驗(yàn)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(duì)其透光率和霧度進(jìn)行測(cè)試。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，橙色霧度曲線相對(duì)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(shì)，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(duì)霧度干擾較小。

在高比表氣硅實(shí)驗(yàn)中，技術(shù)人員同樣分別在實(shí)驗(yàn)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(duì)其透光率和霧度進(jìn)行測(cè)試。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，橙色霧度曲線相對(duì)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(shì)，從10%的透光率上升至14%左右。

對(duì)比低比表氣相二氧化硅，高比表氣硅對(duì)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(shí)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(dòng)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(huì)形成氣硅-陶瓷基體界面，抑制晶界非晶相的無序生長(zhǎng)，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(shí)，通過對(duì)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(shí)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(guó)新材料產(chǎn)業(yè)邁向全球價(jià)值鏈中高端。