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一文了解納米氧化鋯粉體制備及改性技術

來源: | 作者:purnssa123 | 發布時間: 2023-02-15 | 3361 次瀏覽 | 分享到:

?氧化鋯（ZrO₂）是一種高熔點金屬氧化物，化學性質穩定，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、熱穩定性好等優良的力學性能，在義齒、人工關節、飛機發動機零部件，再到汽車電池材料等領域得到廣泛應用并備受關注。

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

近年來，納米氧化鋯陶瓷已經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進入工業化發展階段，美國、日本和西歐等發達國家和地區，納米氧化鋯粉體的生產規模比較大，產品規格較為齊全，在氧化鋯陶瓷的專利上也具有明顯的競爭優勢。國內高端氧化鋯粉體實力較強的廠商有東方鋯業、國瓷材料、三環集團等。隨著新型陶瓷制造業迅速發展，陶瓷粉體的需求也在增加，開發納米氧化鋯工業也顯得越來越迫切。
氧化鋯陶瓷粉體的技術壁壘很高，研究如何制備出超細且粒度分布優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。其中液相法化學反應過程簡單、操作方便、生產成本低、易于規模化生產，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上應用最廣泛的方法。
納米氧化鋯制備方法優缺點：

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。在陶瓷團聚體燒結后成為裂紋發源地，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，使微粒產生新的物理、化學、機械性能和新的功能。

目前根據改性劑和納米粉體表面有無化學反應，可分為表面物理改性和表面化學改性兩大類。
2.1偶聯劑類表面改性
鈦酸酯偶聯劑對氧化鋯粉體改性，在有機粘結劑中不會形成團聚，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，能保持納米粉體結構特性，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合體系內的摩擦力，改善復合體系的流動性能。

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

理想的納米粉體應同時具備組分均勻、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法，探索穩定環保的改性劑及其對粉體微觀結構的影響機理，對納米氧化鋯陶瓷粉體的成功應用至關重要。同時，探索生產周期短、成本低的納米氧化鋯生產工藝，對滿足市場的需求具有重要的意義。