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一文了解納米氧化鋯粉體制備及改性技術(shù)

來源: | 作者:purnssa123 | 發(fā)布時間: 2023-02-15 | 3121 次瀏覽 | 分享到:

?氧化鋯（ZrO₂）是一種高熔點金屬氧化物，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐磨、耐高溫、耐腐蝕等特性，又因其具有抗熱沖擊性好、折射率高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)良的力學(xué)性能，在義齒、人工關(guān)節(jié)、飛機發(fā)動機零部件，再到汽車電池材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并備受關(guān)注。

其中，氧化鋯在義齒行業(yè)可謂是“大佬”級別，市場規(guī)模巨大。同時，新型納米氧化鋯材料的出現(xiàn)，實現(xiàn)了從氧化鋯粉末到牙冠的生產(chǎn)技術(shù)革新，燒結(jié)后自帶天然牙釉光澤，加之自動化的生產(chǎn)流程，成本可降低約60%。據(jù)估算，國內(nèi)每年所需齒科用納米級氧化鋯已超過2000噸，且復(fù)合增長率達到10%以上。

近年來，納米氧化鋯陶瓷已經(jīng)具有一定的韌性和可加工性，由于納米陶瓷晶粒的細化，晶界數(shù)量大幅度的增加，使得材料的強度、韌性和塑性都大大提高。

納米氧化鋯性能

國際市場上，氧化鋯納米粉體已經(jīng)進入工業(yè)化發(fā)展階段，美國、日本和西歐等發(fā)達國家和地區(qū)，納米氧化鋯粉體的生產(chǎn)規(guī)模比較大，產(chǎn)品規(guī)格較為齊全，在氧化鋯陶瓷的專利上也具有明顯的競爭優(yōu)勢。國內(nèi)高端氧化鋯粉體實力較強的廠商有東方鋯業(yè)、國瓷材料、三環(huán)集團等。隨著新型陶瓷制造業(yè)迅速發(fā)展，陶瓷粉體的需求也在增加，開發(fā)納米氧化鋯工業(yè)也顯得越來越迫切。
氧化鋯陶瓷粉體的技術(shù)壁壘很高，研究如何制備出超細且粒度分布優(yōu)良的納米陶瓷粉體制備工藝、通過表面改性改善納米粉體的流動性，也是當前陶瓷研究的熱點。
納米氧化鋯粉體，圖來源：三環(huán)集團
目前制備納米氧化鋯粉體的方法有固液法、液相法和氣相法。其中液相法化學(xué)反應(yīng)過程簡單、操作方便、生產(chǎn)成本低、易于規(guī)?；a(chǎn)，且制備出的納米粉體粒徑分布窄、分散性好、組分均勻。所以目前液相法是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的方法。
納米氧化鋯制備方法優(yōu)缺點：

納米氧化鋯粉體制備中，納米氧化鋯粉體團聚是一大難題，納米氧化鋯粉體表面能較高、活性強，顆粒之間很容易在混料時形成團聚。在陶瓷團聚體燒結(jié)后成為裂紋發(fā)源地，嚴重降低陶瓷部件的斷裂強度和韌性。

對納米粉體進行表面修飾可以有效的改善粉體團聚的傾向。表面改性可以改善粉體粒子分散性，使其不團聚；改善粒子與其他物質(zhì)的相容性；改善納米粉體耐久性。此外還能提高粒子表面活性，使微粒產(chǎn)生新的物理、化學(xué)、機械性能和新的功能。

目前根據(jù)改性劑和納米粉體表面有無化學(xué)反應(yīng)，可分為表面物理改性和表面化學(xué)改性兩大類。
2.1偶聯(lián)劑類表面改性
鈦酸酯偶聯(lián)劑對氧化鋯粉體改性，在有機粘結(jié)劑中不會形成團聚，其致密性（相對密度99.6%）溫度為1450℃，比原始粉體要低100℃左右。硅烷偶聯(lián)劑包覆在納米氧化鋯粉體表面進行改性，能保持納米粉體結(jié)構(gòu)特性，修飾后粉體表面積能達到354m²/g。

2.2硬脂酸表面表面改性

利用硬脂酸處理無機粉體有類似偶聯(lián)劑的作用，可以改善無機粉體與高聚物基料的親和性，提高其在有機溶劑中的分散度。另外，由于硬脂酸本身具有潤滑作用，使用硬脂酸對粉體進行表面改性還可以減小復(fù)合體系內(nèi)的摩擦力，改善復(fù)合體系的流動性能。

相對于物理方法制備的納米氧化鋯粉體純度低、化學(xué)組份不均勻等缺點，化學(xué)法制備氧化鋯納米粉體因為純度高、顆粒均勻性好、化學(xué)組成均勻可控且設(shè)備工藝簡單等優(yōu)點得到產(chǎn)業(yè)的青睞。

理想的納米粉體應(yīng)同時具備組分均勻、顆粒細、粒徑分布窄、無團聚、比表面積大等諸多優(yōu)點，在滿足這些條件的同時，作為商品其成本不能過高。作為功能陶瓷，納米氧化鋯因其出色的性能而具有巨大的市場已得到人們的共識，但是高效率、低成本的制備工藝卻少之又少。

因此，研究納米氧化鋯粉體的表面改性技術(shù)法，探索穩(wěn)定環(huán)保的改性劑及其對粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響機理，對納米氧化鋯陶瓷粉體的成功應(yīng)用至關(guān)重要。同時，探索生產(chǎn)周期短、成本低的納米氧化鋯生產(chǎn)工藝，對滿足市場的需求具有重要的意義。