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一文了解納米氧化鋯粉體制備及改性技術(shù)

來(lái)源: | 作者:purnssa123 | 發(fā)布時(shí)間: 2023-02-15 | 2634 次瀏覽 | 分享到:

?氧化鋯（ZrO₂）是一種高熔點(diǎn)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，再到汽車(chē)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(jí)別，市場(chǎng)規(guī)模巨大。同時(shí)，新型納米氧化鋯材料的出現(xiàn)，實(shí)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(dòng)化的生產(chǎn)流程，成本可降低約60%。據(jù)估算，國(guó)內(nèi)每年所需齒科用納米級(jí)氧化鋯已超過(guò)2000噸，且復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。

近年來(lái)，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(xì)化，晶界數(shù)量大幅度的增加，使得材料的強(qiáng)度、韌性和塑性都大大提高。

納米氧化鋯性能

國(guó)際市場(chǎng)上，氧化鋯納米粉體已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化發(fā)展階段，美國(guó)、日本和西歐等發(fā)達(dá)國(guó)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(zhuān)利上也具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)高端氧化鋯粉體實(shí)力較強(qiáng)的廠商有東方鋯業(yè)、國(guó)瓷材料、三環(huán)集團(tuán)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(kāi)發(fā)納米氧化鋯工業(yè)也顯得越來(lái)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(xì)且粒度分布優(yōu)良的納米陶瓷粉體制備工藝、通過(guò)表面改性改善納米粉體的流動(dòng)性，也是當(dāng)前陶瓷研究的熱點(diǎn)。
納米氧化鋯粉體，圖來(lái)源：三環(huán)集團(tuán)
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(guò)程簡(jiǎn)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(diǎn)：

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

對(duì)納米粉體進(jìn)行表面修飾可以有效的改善粉體團(tuán)聚的傾向。表面改性可以改善粉體粒子分散性，使其不團(tuán)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(jī)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(wú)化學(xué)反應(yīng)，可分為表面物理改性和表面化學(xué)改性?xún)纱箢?lèi)。
2.1偶聯(lián)劑類(lèi)表面改性
鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)氧化鋯粉體改性，在有機(jī)粘結(jié)劑中不會(huì)形成團(tuán)聚，其致密性（相對(duì)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(jìn)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(dá)到354m²/g。

2.2硬脂酸表面表面改性

利用硬脂酸處理無(wú)機(jī)粉體有類(lèi)似偶聯(lián)劑的作用，可以改善無(wú)機(jī)粉體與高聚物基料的親和性，提高其在有機(jī)溶劑中的分散度。另外，由于硬脂酸本身具有潤(rùn)滑作用，使用硬脂酸對(duì)粉體進(jìn)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(dòng)性能。

相對(duì)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(diǎn)，化學(xué)法制備氧化鋯納米粉體因?yàn)榧兌雀?、顆粒均勻性好、化學(xué)組成均勻可控且設(shè)備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)得到產(chǎn)業(yè)的青睞。

理想的納米粉體應(yīng)同時(shí)具備組分均勻、顆粒細(xì)、粒徑分布窄、無(wú)團(tuán)聚、比表面積大等諸多優(yōu)點(diǎn)，在滿(mǎn)足這些條件的同時(shí)，作為商品其成本不能過(guò)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(chǎng)已得到人們的共識(shí)，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(duì)粉體微觀結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理，對(duì)納米氧化鋯陶瓷粉體的成功應(yīng)用至關(guān)重要。同時(shí)，探索生產(chǎn)周期短、成本低的納米氧化鋯生產(chǎn)工藝，對(duì)滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求具有重要的意義。