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陶瓷涂層專用納米Al2o3-Zro2(3mol%Y203)復合陶瓷粉

摘要：陶瓷涂層是采用優質陶瓷粉經過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量有關，現將常用的一種復合陶瓷粉Al2o3-Zro2

納米材料出現后，由于其具有非常特殊性能，引起了特別關注，成為研究的熱點。與Al2o3相比，Zro2比較容易燒結而且晶粒長大較慢，與Al203之間的固溶度很小，彼此之間無化學反應，不會產生新相，有可能得到比較理想的界面；同時Zr02具有相變增韌的特性，用它與Al2o3復合制成超細復相陶瓷，利用細晶、相變和顆粒的復合作用，其陶瓷材料的斷裂韌性會有一個大的提高。

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粉在液態介質(去離子水）中的分散
納米微粒在液態介質中的分散過程概括起來有以下幾步：
①顆粒表面的潤濕；
②團聚體在一定條件下的解離；
③形成穩定的分散體系。
潤濕是粉末顆粒在液態介質中分散的第一步，在潤濕過程中，原來的固-氣界面被固-液界面所代替。要想得到良好的潤濕，就要選擇合適的液態分散介質，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，分子有較強的極性，故一般選擇極性液體作分散介質，如去離子水。
為減少硬團聚，需要超聲振動和機械球磨。超聲波破碎原理是超聲波作用于液態介質，介質中原有的氣泡及介質與顆粒界面處的結構空隙在超聲波的作用下產生空化現象，當空化氣泡閉合時產生的局部應力可達數千大氣壓，這種應力作用于團聚體的連接部位，足以破壞其化學鍵，使團聚體解離。球磨主要是依靠磨球和粉體在高速運動中互相碰撞，使團聚體解離成小顆粒。
穩定分散體系的形成要依賴于顆粒表面吸附的電荷。經過解離后的顆粒，由于布朗運動，碰撞在一起有可能產生新的團聚，因此要采取適當的措施，阻止顆粒的重新團聚。在實驗中采用了雙電層的辦法阻止顆粒的重新團聚。納米Al2o3和Zro2顆粒有大的比表面積，常常產生鍵的不飽和性，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。靠近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；稍遠一些形成的吸附較弱，電位下降緩慢。這樣在整個吸附層中產生電位下降梯度，構成雙電層。納米Al2o3和Zr02粒子在水溶液中的帶電情況與溶液的pH有關，pH不同，其表面可帶正電、負電和呈電中性。當pH較小時，粒子表面形成M-OH2鍵（從代表金屬離子，如Al、Ti、Zr等），導致顆粒表面帶正電；當pH較高時，顆粒表面形成M-0鍵，導致顆粒表面帶負電；當pH處于中間值時，納米顆粒表面形成M-OH鍵，呈電中性。基于上述原理，利用Zeta電位儀測出了Al203和Zr02粉末的pH與其顆粒表面帶電情況的關系，如圖下圖所示。 

圖(2)Zeta Potential與PH的關系
在具體混料時為了不引入雜質，采用檸檬酸來調解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，使細小的顆粒相互排斥，均勻分散。檸檬酸在以后的燒結過程中揮發掉。經過如上操作后，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，達到混合均勻的目的，這一點也是很關鍵的。
常用的Zro2粉為Y203部分穩定的Zr02，由X射線物相測定結果可知，在Zro2(3Y)納米粉末中同時存在四方相（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80%顆粒的尺寸在10~60mm之間，平均粒徑41.7mm，經掃描電鏡觀察，顆粒基本呈球形或橢球形。
我公司在制作陶瓷涂層時選擇優質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，同時還有很好的防腐性能。