懸浮液黏度(suspension viscosity)
黏度就是液體有多稠——它抗拒流動的程度。水稀(低黏度),蜂蜜稠(高黏度)。對陶瓷漿料而言,黏度是最受關注的單一性質,因為它決定泥漿能否乾淨地倒進模具、在澆鑄刮刀下均勻鋪展、還是堵塞拖滯。正式地說,它是你施加的剪應力對它產生的剪切速率之比,單位為帕秒(Pa.s);水約 0.001 Pa.s,可倒的澆鑄泥漿或許是 0.1 到 1 Pa.s。
決定懸浮液黏度的,是顆粒有多擁擠、有多黏。往液體加幾個顆粒,每個都擾動它周圍的流動、使流體稍稠:愛因斯坦對極稀懸浮液的結果是 eta = eta0 times (1 + 2.5 phi),其中 eta0 是液體本身的黏度、phi 是固體體積分率。但陶瓷泥漿遠非稀薄,隨 phi 攀升,黏度並非緩緩上升——當顆粒接近最大堆積(隨機球約 phi = 0.64)時,它會飆向無窮大,因為顆粒開始卡住並相觸。Krieger-Dougherty 方程式描述了這點:eta = eta0 times (1 - phi/phi_max)^(-2.5 times phi_max)。另有兩件事會強力推高黏度:絮凝,因為結塊把液體困在其中、表現得像更大而笨拙的顆粒;以及細小的粒徑,因為表面越多、顆粒間交互作用越多。這正是為什麼好的分散劑藉由解開結塊,能如此戲劇性地砍低黏度。
實務目標是一份帶有盡可能多粉末、卻又黏度夠低而能加工的泥漿——高固含以得緻密、低收縮的生坯,低黏度以求乾淨流動與填充。這兩者相互拉扯,而膠體控制正是你在兩者間爭取空間的方法:分散得好,你就能在同樣黏度下裝入更多固體。但看單一黏度數字要小心,因為漿料通常不是簡單的(牛頓)液體——它的黏度隨你剪切多快而變(剪切變稀),甚至隨時間而變(觸變),所以你必須永遠追問:所報的黏度是在什麼剪切速率下量的。
在相同的 50 vol% 固含下做兩份氧化鋁泥漿。絮凝的那份滿是困住液體的結塊,是接近 5 Pa.s 的僵硬糊;加入對的分散劑打散結塊,同樣的固含便以約 0.3 Pa.s 傾倒——黏度降了十五倍,而所含粉末量絲毫未變。
把同樣的固含分散開,能使黏度降低數倍,因為打散絮團釋放了它們原本困住的液體。
對陶瓷漿料而言,除非你註明剪切速率,否則單一黏度值毫無意義,因為多數泥漿是非牛頓流體——你攪得越快它越稀,還可能隨時間變化。務必追問黏度是在什麼剪切速率下量的。