高性能氧化鋯陶瓷超微粉生料及制備工藝

詹文河 楊玉蘭 賴翔翔 馮惠倩

【摘 ?要】本文通過對高性能氧化鋯陶瓷超微粉生料及制備工藝進(jìn)行分析研究，主要采用理論概述、特點(diǎn)分析、流程分析等方式，將高性能氧化鋯陶瓷超微粉生料及制備工藝的方法性、重要性進(jìn)行闡明，為該制備工藝的順利發(fā)展提供依據(jù)參考。

【關(guān)鍵詞】高性能氧化;鋯陶瓷;超微粉生料;制備工藝

前言：高性能氧化鋯陶瓷制造需要超微粉質(zhì)，而“超微粉質(zhì)”的制備形成工藝相對較為復(fù)雜，通過對高性能氧化鋯陶瓷超微粉生料及制備工藝進(jìn)行分析研究，將其實(shí)質(zhì)性、方法性進(jìn)行論述，主要包括：超微粉生料、制備工藝、注重制備流程及人員素質(zhì)等，為下一步工作開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、氧化鋯陶瓷概述

首先，氧化鋯陶瓷主要呈乳白色，其包含雜質(zhì)后多為黃色及灰色。氧化鋯陶瓷普遍含有大量HfO2，該影響效果為“不易產(chǎn)生分離”。通過實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，其在常壓狀態(tài)下純ZrO2主要以三種晶態(tài)表現(xiàn)出來。其次，針對氧化鋯陶瓷的特殊性、需求性，在對其進(jìn)行生產(chǎn)過程中要求其粉體結(jié)構(gòu)性能為制備高純、粒子微細(xì)、分散能力較好及粒度分布相對較窄。最后，氧化鋯超細(xì)粉末制備不是單一片面的簡單流程，而是更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局，該制備方法種類較多。另外，氧化鋯主要提純方法包括：氯化、熱分解法、沉淀法、膠體法、水解法、石灰熔融法、等離子弧法、噴霧熱解法及堿金屬氧化分解法等。針對不同的氧化鋯陶瓷需求采用不同技藝方法。

二、氧化鋯陶瓷種類特點(diǎn)

純ZrO2通常為乳白色，如包含雜質(zhì)后可能呈現(xiàn)黃色、灰色。通過筆者對相關(guān)數(shù)據(jù)資料整理發(fā)現(xiàn)，國際上已探明發(fā)現(xiàn)的鋯資源大致為2100萬噸。其中，氧化鋯主要是通過鋯礦石經(jīng)過加工提純而成。其常壓形態(tài)下純ZrO2分為三種晶態(tài)，主要包括：單斜氧化鋯、四方氧化鋯及立方氧化鋯。經(jīng)過試驗(yàn)證明該三種晶態(tài)存在不同溫度變化內(nèi)可以進(jìn)行互相轉(zhuǎn)化。

三、高性能氧化鋯陶瓷超微粉生料及制備工藝

（一）超微粉生料

通過對高性能氧化鋯陶瓷實(shí)際要求分析發(fā)現(xiàn)，在其超微粉生料選擇方面應(yīng)該更加科學(xué)性、合理性，具體如下：第一、該超微粉體必須具有分散性能較好，如超微粉逐漸密度較為牢靠就無法在實(shí)際制造過程中進(jìn)行有效分解，影響了高性能氧化鋯陶瓷的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固及分布均勻。第二、該超微粉體粒子必須超細(xì)，從生產(chǎn)工藝的角度來講，超微粉體粒子結(jié)構(gòu)大小對其制造工藝及效果發(fā)揮影響重大，一旦該超微粉體粒子過大就對整體高性能氧化鋯陶瓷內(nèi)部組織密度堅(jiān)固性、牢靠性造成影響，不利于雛形建立。第三、該超微粉體必須制備高純，制備高純是超微粉體在高性能氧化鋯陶瓷應(yīng)用中的重要基礎(chǔ)前提，只有保持其制備高純才能提升其工藝質(zhì)量[1]。

（二）制備工藝

氧化鋯超細(xì)粉制備工藝諸多，本章節(jié)主要針對共沉淀法、蒸發(fā)法、兩種方法進(jìn)行具體分析，第一、共沉淀法，共沉淀法主要是指將含有兩種及多種陽離子在溶液中呈現(xiàn)，多種物質(zhì)均勻、平衡的存在溶液之中。其后通過對其進(jìn)行沉淀劑添加，在經(jīng)過沉淀反應(yīng)之后，使各種成分在均一沉淀形式下進(jìn)行沉淀作業(yè)，最終得的諸多物質(zhì)的沉淀成果[2]。共沉淀法具有以下優(yōu)勢：第一、可以通過該溶液當(dāng)中的諸多化學(xué)反應(yīng)迅速獲取化學(xué)成分均占一份的超微粉體材料‘’第二、可以較為容易的制備出粒度較小且分布相對均勻的超微粉體材料。制備高性能陶瓷粉體采用的“共沉淀法”主要是對包含多種陽離子溶液當(dāng)中添加“沉淀劑”，該方法可以使其中所有金屬離子呈現(xiàn)完全沉淀。同時(shí)，在實(shí)際采用“共沉淀法”制備超微粉體時(shí)，一定要對其加工工藝、現(xiàn)場條件進(jìn)行管控，其主要包括：相關(guān)化學(xué)配比、溶液組織濃度、溶液組織溫度、分散劑種類及數(shù)量、科學(xué)混合方式應(yīng)用、攪拌速率及洗滌方法、pH值分析、干燥溫度及有關(guān)方法、煅燒溫度及有關(guān)方法等。通過實(shí)驗(yàn)在其NH4HC03溶液當(dāng)中適度添加NH4Al（S04）2、Y（N03）3等混合溶液，使其經(jīng)過共沉淀后生成YAG碳酸鹽及前驅(qū)體。其后通過1000℃加熱后獲得平均粒徑為30nm，并且分散功能較強(qiáng)的YAG超微粉體。第二、蒸發(fā)法，蒸發(fā)法相對共沉淀法較為簡單，主要是通過對化學(xué)溶液中的組織成分進(jìn)行發(fā)酵蒸發(fā)，其原理與水蒸氣凝固原理相同，通過將化學(xué)溶液進(jìn)行科學(xué)加熱，使其水分大量蒸發(fā)，其后通過科學(xué)提煉形成超微粉質(zhì)。但蒸發(fā)法從備質(zhì)量、效率等方面都遠(yuǎn)低于共沉淀法。所以，筆者建議在其實(shí)際高性能氧化鋯陶瓷超微粉生料及制備工藝中，應(yīng)該采用“共沉淀法”[3-4]。

（三）注重制備流程及人員素質(zhì)

應(yīng)該對高性能氧化鋯陶瓷超微粉制備流程進(jìn)行規(guī)范，高性能氧化鋯陶瓷超微粉制備工藝不是單一片面的簡單流程，而是更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局，需要對制備流程、環(huán)節(jié)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，這樣才能起到提升制備質(zhì)量的實(shí)際作用，為高性能氧化鋯陶瓷奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，應(yīng)該注重制備人員的綜合素質(zhì)及專業(yè)能力提升，制備人員是該工藝得以順利開展的重要基礎(chǔ)，應(yīng)該定期、定時(shí)對制備人員進(jìn)行理論知識(shí)培訓(xùn)，并通過實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐等方式提升其實(shí)際制備能力，并積極效仿學(xué)習(xí)國外先進(jìn)制備工藝，為下一步制備工作開展打下重要基礎(chǔ)[5]。

結(jié)論：綜上所述，通過對高性能氧化鋯陶瓷超微粉生料及制備工藝進(jìn)行分析研究，主要包括：氧化鋯陶瓷概述;氧化鋯陶瓷種類特點(diǎn);高性能氧化鋯陶瓷超微粉生料及制備工藝，其包括超微粉生料、制備工藝、注重制備流程及人員素質(zhì)等，從多方面、多渠道對高性能氧化鋯陶瓷超微粉制備工藝的流程性、重點(diǎn)性進(jìn)行闡述，為下一步工作開展打下重要基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

詹文河，性別：男，民族：漢族，籍貫：廣東省深圳市，職務(wù)/職稱：院長/高級經(jīng)營師，學(xué)歷：博士后，研究方向：新材料 單位：汕尾市前瞻高等理工研究院，單位所在地址：廣東省汕尾市城區(qū)紅草鎮(zhèn)沿河路88號，單位郵編：516600。

（作者單位：汕尾市前瞻高等理工研究院）