氧化鋯陶瓷微珠漿料的制備

筆者以3YSZ（3mol%的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯）為原料，制備氧化鋯陶瓷微珠漿料，研究了pH值、分散劑含量、引發(fā)劑含量及加入方式、水浴溫度、攪拌轉(zhuǎn)速等因素對漿料性能的影響，使用數(shù)碼顯微鏡對陶瓷微珠球形度、粒徑等進行表征。研究結(jié)果表明：漿料固相含量為62.5%，分散劑含量為1.5%、m(AM)∶m（APS）=1∶0.2，漿料pH值為10，反應(yīng)溫度55~65℃，攪拌轉(zhuǎn)速200r/min時可得到致密度高、球形度好、粒徑在100~300μm的氧化鋯陶瓷微珠生坯。

前  言

1.1 實驗原料

表1 實驗所需原料

1.2 實驗流程

1.3 性能表征

2.1 pH值對漿料穩(wěn)定性的影響

表2 不同pH值時上清液高度隨時間變化表

2.2 分散劑含量對漿料粘度的影響

以50%固相含量，低粘度3YSZ漿料為基礎(chǔ)，配制100mL漿料，添加分散劑含量分別為0.5%、1%、1.5%、2%和2.5%，讓漿料通過相同的自制容器，通過考察漿料的流速來反應(yīng)漿料的粘度。實驗結(jié)果如表3和圖1所示。

表3 不同分散劑含量對漿料粘度的影響（質(zhì)量%）

圖1 漿料分散劑含量-流速圖

從表3和圖1可知，隨著分散劑含量的增加，漿料的流速先增大后減小，在分散劑含量為1.5%時，流速最大，為1.73mL·s-1。根據(jù)DLVO理論，帶電顆粒間的總勢能可分解為相互拮抗的雙電層排斥能和范氏吸引能。在不加分散劑時，漿料的流速最小，粘度最大，流速為1.39mL·s-1；當分散劑含量為0.5%~1.5%時，流速逐漸增大。其原因在于，分散劑含量低時，顆粒表面的吸附量較少，范氏吸引力大于雙電層排斥力，表現(xiàn)為顆粒相互吸引，粘度較高；當分散劑添加量逐漸增至1.5%時，單層分散劑覆蓋在顆粒表面，此時雙電層排斥力大于范氏吸引力，表現(xiàn)顆粒間相互排斥，分散性好，粘度最低，流速達到1.73mL·s-1，比未加分散劑時流速提高24.5%；當分散劑含量上升至2.0%~2.5%時，多層分散劑吸附于顆粒表面，相鄰吸附層間極性相反，顆粒因靜電引力再度相互吸引，表現(xiàn)為分散性變差，粘度也隨之升高，流速下降至1.53mL·s-1，相比下降11.6%。由此可確定分散劑的最佳用量為1.5%。

2.3 引發(fā)劑含量對漿料閑置時間及成球效果的影響

圖2 漿料引發(fā)劑含量-閑置時間的關(guān)系

（c）m(AM)∶m(APS)=1∶0.2（d）m(AM)∶m(APS)=1∶0.25

（e）m(AM)∶m(APS)=1∶0.3

圖3 不同引發(fā)劑含量成球效果圖

2.4 反應(yīng)溫度對成球效果的影響

(a)45℃            (b)55℃              (c)65℃

圖4 不同反應(yīng)溫度下成球效果圖

從圖4可以看出，隨著反應(yīng)溫度的增加，成球顆粒的尺寸越來越大，其均勻性也越來越好。在65℃時生坯球形度和均勻性最好。APS引發(fā)聚合反應(yīng)需要外界能量輸入，因此需要具備一定的反應(yīng)溫度。在35℃下，引發(fā)劑獲得能量低，引發(fā)速率慢，攪拌器將漿料散在石蠟中，未固化漿料，但隨著反應(yīng)的進行，漿料相互聚集并發(fā)生反應(yīng)，在容器底部出現(xiàn)塊狀凝膠；45℃時，引發(fā)劑獲得一定能量，反應(yīng)加速，漿料開始形成粒徑較小的微珠；而在55~65℃下，引發(fā)劑反應(yīng)迅速，在較短的時間內(nèi)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時在石蠟表面張力的影響下，固化成為凝膠微球，但同時也觀察到，溫度的上升，微珠的球形度開始變差。

2.5 攪拌器轉(zhuǎn)速對成球效果的影響

(a)100r/min                                     (b)200r/min

圖5 不同攪拌轉(zhuǎn)速下成球效果圖

筆者以3YSZ（3mol%的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯）為原料，制備氧化鋯陶瓷微珠漿料，研究了pH值、分散劑含量、引發(fā)劑含量及加入方式、水浴溫度、攪拌轉(zhuǎn)速等因素對漿料性能的影響，使用數(shù)碼顯微鏡對陶瓷微珠球形度、粒徑等進行表征。研究結(jié)果表明：漿料固相含量為62.5%，分散劑含量為1.5%、m(AM)∶m（APS）=1∶0.2，漿料pH值為10，反應(yīng)溫度55~65℃，攪拌轉(zhuǎn)速200r/min時可得到致密度高、球形度好、粒徑在100~300μm的氧化鋯陶瓷微珠生坯。

氧化鋯微珠用先進的工藝制成，各項技術(shù)指標及性能達到國際先進水平。主要應(yīng)用于要求“零污染”及高粘度、高硬度物料的超細研磨及分散，如：電子陶瓷、磁性材料、氧化鋯、氧化硅、硅酸鋯、鈦白粉、醫(yī)藥食品、顏料、染料、油墨、特種化工行業(yè)。 主要應(yīng)用于高粘度、高硬度物料的超細研磨與分散，并且可以達到零污染。

研磨效率高：由于真密度大 ，在同等運動速度下具有更大的研磨動能，研磨效率比普通陶瓷微珠高2-3倍。即可獲得更為理想的效果。

耐沖擊、低磨耗：由于鋯珠ZrO2含量高，具有高密度、高韌性、低磨耗、無碎球、剝離等優(yōu)點，對研磨物分散污染小。氧化鋯微珠磨耗比普通陶瓷微珠低4-10倍。

穩(wěn)定性好：穩(wěn)定性能佳、耐酸、堿腐蝕。

流動性好：圓形度好、表面光滑、無氣孔、具有反射光澤，易清洗。

氧化鋯微珠與微珠之間流動性好，對設(shè)備磨損小。

使用成本低：磨耗是目前所有磨介里最低的。

氧化鋯微珠與國外的相比磨耗低、價格優(yōu)，采用我公司氧化鋯珠可為用戶極大的降低諸如介質(zhì)磨耗、電耗、人工、設(shè)備所帶來的綜合成本，氧化鋯微珠在不增加任何設(shè)備的條件下實現(xiàn)產(chǎn)量翻番，質(zhì)量提高。該設(shè)備是一種高強度、惰性、堅硬、完美、精細的球狀顆粒。在涂料中應(yīng)用，可以降低成本、增加固含量、提供性能和改善工藝操作條件。

具有較高的韌性，抗彎強度也比較大，同時還具備良好的耐磨性能和隔熱性能。通過進行比較發(fā)現(xiàn)，我們就可以了解到其熱膨脹系數(shù)和鋼材是相似的，所以微珠被廣泛的用在各個領(lǐng)域中。通常微珠有下面的這些物質(zhì)：Y-TZP磨球、分散和研磨介質(zhì)、噴嘴、球閥球座、氧化鋯模具、微型風扇軸心、光纖插針、光纖套筒、拉絲模和切割工具、耐磨刀具、表殼及表帶、高爾夫球的輕型擊球棒及其它室溫耐磨零器件。

氧化鋯微珠是自然界中以斜鋯石存在的一種礦物，該設(shè)備是一種耐高溫、耐磨損、耐侵蝕的無機非金屬材料。微珠的熔點高達２７００攝氏度。微珠生物相容性好，優(yōu)于各類金屬合金，搜羅黃金。微珠是已經(jīng)被證實成功用于航天飛機的熱樊籬、氧化鋯珠保時捷汽車的制動盤和人造傳輸帶的，微珠的強度遠弘遠于其他所有的全瓷牙。氧化鋯微珠獨具抗割裂性及割裂后強韌的固化機能。