陶瓷涂层专用纳米Al2o3-Zro2(3mol%Y203)复合陶瓷粉

摘要：陶瓷涂层是采用优质陶瓷粉经过高温高速喷覆在工件表面，陶瓷涂层的功能性与施工工艺及陶瓷粉的质量有关，现将常用的一种复合陶瓷粉Al2o3-Zro2

纳米材料出现后，由于其具有非常特殊性能，引起了特别关注，成为研究的热点。与Al2o3相比，Zro2比较容易烧结而且晶粒长大较慢，与Al203之间的固溶度很小，彼此之间无化学反应，不会产生新相，有可能得到比较理想的界面；同时Zr02具有相变增韧的特性，用它与Al2o3复合制成超细复相陶瓷，利用细晶、相变和颗粒的复合作用，其陶瓷材料的断裂韧性会有一个大的提高。

图（1）氧化铝纳米陶瓷涂层制作的绝缘耐磨件

1纳米Al2o3和Zr02粉在液态介质(去离子水）中的分散
纳米微粒在液态介质中的分散过程概括起来有以下几步：
①颗粒表面的润湿；
②团聚体在一定条件下的解离；
③形成稳定的分散体系。
润湿是粉末颗粒在液态介质中分散的第一步，在润湿过程中，原来的固-气界面被固-液界面所代替。要想得到良好的润湿，就要选择合适的液态分散介质，通常极性粉体选择极性液体，非极性粉体选择非极性液体。Al2o3和Zro2属于离子键化合物，分子有较强的极性，故一般选择极性液体作分散介质，如去离子水。
为减少硬团聚，需要超声振动和机械球磨。超声波破碎原理是超声波作用于液态介质，介质中原有的气泡及介质与颗粒界面处的结构空隙在超声波的作用下产生空化现象，当空化气泡闭合时产生的局部应力可达数千大气压，这种应力作用于团聚体的连接部位，足以破坏其化学键，使团聚体解离。球磨主要是依靠磨球和粉体在高速运动中互相碰撞，使团聚体解离成小颗粒。
稳定分散体系的形成要依赖于颗粒表面吸附的电荷。经过解离后的颗粒，由于布朗运动，碰撞在一起有可能产生新的团聚，因此要采取适当的措施，阻止颗粒的重新团聚。在实验中采用了双电层的办法阻止颗粒的重新团聚。纳米Al2o3和Zro2颗粒有大的比表面积，常常产生键的不饱和性，致使纳米Al203和Zr02颗粒表面失去电中性而带电，吸引电解质溶液中带相反电荷的离子到Al2o3和Zro2颗粒的表面，以平衡其电荷。靠近纳米颗粒表面的一层吸附紧密，平衡纳米颗粒表面的电性，使电位急剧下降；稍远一些形成的吸附较弱，电位下降缓慢。这样在整个吸附层中产生电位下降梯度，构成双电层。纳米Al2o3和Zr02粒子在水溶液中的带电情况与溶液的pH有关，pH不同，其表面可带正电、负电和呈电中性。当pH较小时，粒子表面形成M-OH2键（从代表金属离子，如Al、Ti、Zr等），导致颗粒表面带正电；当pH较高时，颗粒表面形成M-0键，导致颗粒表面带负电；当pH处于中间值时，纳米颗粒表面形成M-OH键，呈电中性。基于上述原理，利用Zeta电位仪测出了Al203和Zr02粉末的pH与其颗粒表面带电情况的关系，如图下图所示。 

图(2)Zeta Potential与PH的关系
在具体混料时为了不引入杂质，采用柠檬酸来调解pH，并把pH选定在3～4之间，这样在Al2o3和Zro2颗粒表面均带上正电荷，使细小的颗粒相互排斥，均匀分散。柠檬酸在以后的烧结过程中挥发掉。经过如上操作后，混合浆料的黏度降低，因此可以尽可能提高固相与液相的体积比，达到混合均匀的目的，这一点也是很关键的。
常用的Zro2粉为Y203部分稳定的Zr02，由X射线物相测定结果可知，在Zro2(3Y)纳米粉末中同时存在四方相（t相）和单斜相（m相)，Al203为a相。Zro2(3Y)和Al2o3纳米粉末的粒度分布，绝大部分（超过80%颗粒的尺寸在10~60mm之间，平均粒径41.7mm，经扫描电镜观察，颗粒基本呈球形或椭球形。
我公司在制作陶瓷涂层时选择优质氧化铝与氧化锆陶瓷粉料，按一定比例精心配比，可以耐高温也可以耐磨损，同时还有很好的防腐性能。