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陶瓷涂層專用納米Al2o3-Zro2(3mol%Y203)復(fù)合陶瓷粉

摘要：陶瓷涂層是采用優(yōu)質(zhì)陶瓷粉經(jīng)過(guò)高溫高速噴覆在工件表面，陶瓷涂層的功能性與施工工藝及陶瓷粉的質(zhì)量有關(guān)，現(xiàn)將常用的一種復(fù)合陶瓷粉Al2o3-Zro2

納米材料出現(xiàn)后，由于其具有非常特殊性能，引起了特別關(guān)注，成為研究的熱點(diǎn)。與Al2o3相比，Zro2比較容易燒結(jié)而且晶粒長(zhǎng)大較慢，與Al203之間的固溶度很小，彼此之間無(wú)化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生新相，有可能得到比較理想的界面；同時(shí)Zr02具有相變?cè)鲰g的特性，用它與Al2o3復(fù)合制成超細(xì)復(fù)相陶瓷，利用細(xì)晶、相變和顆粒的復(fù)合作用，其陶瓷材料的斷裂韌性會(huì)有一個(gè)大的提高。

圖（1）氧化鋁納米陶瓷涂層制作的絕緣耐磨件

1納米Al2o3和Zr02粉在液態(tài)介質(zhì)(去離子水）中的分散
納米微粒在液態(tài)介質(zhì)中的分散過(guò)程概括起來(lái)有以下幾步：
①顆粒表面的潤(rùn)濕；
②團(tuán)聚體在一定條件下的解離；
③形成穩(wěn)定的分散體系。
潤(rùn)濕是粉末顆粒在液態(tài)介質(zhì)中分散的第一步，在潤(rùn)濕過(guò)程中，原來(lái)的固-氣界面被固-液界面所代替。要想得到良好的潤(rùn)濕，就要選擇合適的液態(tài)分散介質(zhì)，通常極性粉體選擇極性液體，非極性粉體選擇非極性液體。Al2o3和Zro2屬于離子鍵化合物，分子有較強(qiáng)的極性，故一般選擇極性液體作分散介質(zhì)，如去離子水。
為減少硬團(tuán)聚，需要超聲振動(dòng)和機(jī)械球磨。超聲波破碎原理是超聲波作用于液態(tài)介質(zhì)，介質(zhì)中原有的氣泡及介質(zhì)與顆粒界面處的結(jié)構(gòu)空隙在超聲波的作用下產(chǎn)生空化現(xiàn)象，當(dāng)空化氣泡閉合時(shí)產(chǎn)生的局部應(yīng)力可達(dá)數(shù)千大氣壓，這種應(yīng)力作用于團(tuán)聚體的連接部位，足以破壞其化學(xué)鍵，使團(tuán)聚體解離。球磨主要是依靠磨球和粉體在高速運(yùn)動(dòng)中互相碰撞，使團(tuán)聚體解離成小顆粒。
穩(wěn)定分散體系的形成要依賴于顆粒表面吸附的電荷。經(jīng)過(guò)解離后的顆粒，由于布朗運(yùn)動(dòng)，碰撞在一起有可能產(chǎn)生新的團(tuán)聚，因此要采取適當(dāng)?shù)拇胧�，阻止顆粒的重新團(tuán)聚。在實(shí)驗(yàn)中采用了雙電層的辦法阻止顆粒的重新團(tuán)聚。納米Al2o3和Zro2顆粒有大的比表面積，常常產(chǎn)生鍵的不飽和性，致使納米Al203和Zr02顆粒表面失去電中性而帶電，吸引電解質(zhì)溶液中帶相反電荷的離子到Al2o3和Zro2顆粒的表面，以平衡其電荷�？拷�納米顆粒表面的一層吸附緊密，平衡納米顆粒表面的電性，使電位急劇下降；稍遠(yuǎn)一些形成的吸附較弱，電位下降緩慢。這樣在整個(gè)吸附層中產(chǎn)生電位下降梯度，構(gòu)成雙電層。納米Al2o3和Zr02粒子在水溶液中的帶電情況與溶液的pH有關(guān)，pH不同，其表面可帶正電、負(fù)電和呈電中性。當(dāng)pH較小時(shí)，粒子表面形成M-OH2鍵（從代表金屬離子，如Al、Ti、Zr等），導(dǎo)致顆粒表面帶正電；當(dāng)pH較高時(shí)，顆粒表面形成M-0鍵，導(dǎo)致顆粒表面帶負(fù)電；當(dāng)pH處于中間值時(shí)，納米顆粒表面形成M-OH鍵，呈電中性�；�于上述原理，利用Zeta電位儀測(cè)出了Al203和Zr02粉末的pH與其顆粒表面帶電情況的關(guān)系，如圖下圖所示。 

圖(2)Zeta Potential與PH的關(guān)系
在具體混料時(shí)為了不引入雜質(zhì)，采用檸檬酸來(lái)調(diào)解pH，并把pH選定在3～4之間，這樣在Al2o3和Zro2顆粒表面均帶上正電荷，使細(xì)小的顆粒相互排斥，均勻分散。檸檬酸在以后的燒結(jié)過(guò)程中揮發(fā)掉。經(jīng)過(guò)如上操作后，混合漿料的黏度降低，因此可以盡可能提高固相與液相的體積比，達(dá)到混合均勻的目的，這一點(diǎn)也是很關(guān)鍵的。
常用的Zro2粉為Y203部分穩(wěn)定的Zr02，由X射線物相測(cè)定結(jié)果可知，在Zro2(3Y)納米粉末中同時(shí)存在四方相（t相）和單斜相（m相)，Al203為a相。Zro2(3Y)和Al2o3納米粉末的粒度分布，絕大部分（超過(guò)80%顆粒的尺寸在10~60mm之間，平均粒徑41.7mm，經(jīng)掃描電鏡觀察，顆粒基本呈球形或橢球形。
我公司在制作陶瓷涂層時(shí)選擇優(yōu)質(zhì)氧化鋁與氧化鋯陶瓷粉料，按一定比例精心配比，可以耐高溫也可以耐磨損，同時(shí)還有很好的防腐性能。