[科普中國]-氧化鋯珠

氧化鋯珠，多為四方相氧化鋯（Tetragonal Zirconium Polycrystal）組成，所以也稱“TZP”鋯珠，是以微米級(jí)及亞納米級(jí)氧化鋯與氧化釔為原料制成的，是用來對(duì)要求“零污染”及高粘度、高硬度物料的超細(xì)研磨及分散的一種研磨珠。1

簡介氧化鋯珠（簡稱“TZP”鋯珠）先用微米級(jí)及亞納米級(jí)原料，用先進(jìn)的工藝制成，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)及性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。主要應(yīng)用于要求“零污染”及高粘度、高硬度物料的超細(xì)研磨及分散，如：電子陶瓷、磁性材料、氧化鋯、氧化硅、硅酸鋯、鈦白粉、醫(yī)藥食品、顏料、染料、油墨、特種化工行業(yè)。 主要技術(shù)指標(biāo)：

●化學(xué)成份：ZrO294.6%，Y2O35.2±0.2% ●密 度：>6.0g/cm3

●填充密度：3.7-3.9g/cm3

●硬 度：HRA>87，莫氏9級(jí)

●柔性系數(shù)：8.0Mpa.m

●壓碎強(qiáng)度：150kgf（2mm）

●磨 耗 值：達(dá)國際先進(jìn)水平

●規(guī) 格：Φ0.6-0.8，Φ0.8-1.0，Φ1.0-1.2，Φ1.2-1.4，Φ1.4-1.7，(mm)

Φ1.5-2.0，Φ2.0-2.5，Φ3，Φ4，Φ5，Φ8，Φ10……也可為用戶定制

主要性能●球體圓整體度好，表面光滑，有珍珠般光澤；

●有非常的韌性，耐沖擊，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中不碎裂。

●TZP鋯珠的耐磨性是玻璃珠的30-50倍；

●TZP鋯珠密度比其它研磨珠高，有極高的研磨效率，可以提高物料固含量或加大物料流量。

真比重：6.02g/cm3 氧化鋯 94.8%

容重 3.5-3.7g/cm3 氧化釔 5%

莫氏硬度 9.0 其他 0.2%

特點(diǎn)：1.極低的（ppm級(jí)）磨耗

2．極高的硬度不易破碎有利于高硬度物料的研磨

3.極高的密度能有效提高研磨效率2

適用范圍1、耐磨損、耐腐蝕產(chǎn)品：涂料、紡織、顏料、印染

2、高強(qiáng)度、高韌性產(chǎn)品：磁性材料、壓電陶瓷、介電陶瓷

3、防止污染：醫(yī)藥、食品、化妝品

4、陶瓷：電子陶瓷、耐火陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷3

碎珠原因我們選擇好氧化鋯珠后，如何正確使用它，避免氧化鋯珠的破碎，盡量延長研磨介質(zhì)和砂磨機(jī)接觸件的壽命。

1、碎珠產(chǎn)生的原因

市場(chǎng)上現(xiàn)流行的玻璃珠、硅酸鋯珠和純鋯珠，就生產(chǎn)工藝來說，基本上為電熔法和燒結(jié)法兩種。珠子在熱空氣、冷空氣或電解液中成型，如在某一關(guān)健技術(shù)

參數(shù)沒控制好，就會(huì)產(chǎn)生如下的易碎珠：

1.1、 氣泡珠

1.2、 雪人珠

1.3、 尾巴珠

1.4、 扁平（橢圓）珠

以上珠子因帶有應(yīng)力集中區(qū)域，在研磨當(dāng)中容易破碎，故選擇珠子時(shí)，應(yīng)盡量避免此類珠子。

2、氧化鋯珠的正常磨耗和破碎的判斷

通常情況下，工作一段時(shí)間的氧化鋯珠變小，表面圓滑而不帶棱角，這應(yīng)是正常珠子的磨耗；相反，如珠子當(dāng)中出現(xiàn)帶棱角、片狀異形珠時(shí)這應(yīng)是產(chǎn)生了碎珠。

3、碎珠產(chǎn)生原因

就珠子本身而言，一方面是珠子的質(zhì)量問題，另一方面或者是此種材料的珠子強(qiáng)度不能勝用某種型號(hào)的砂磨機(jī)。如瑞士的Dyno-mill ECM臥式砂磨機(jī)和德國Drais的DCP立式砂磨機(jī)，因輸入的能量密度比較高，通常建議使用純鋯珠。

另外，氧化鋯珠在砂磨機(jī)正常工作下，以受到大約1公斤的壓力，相對(duì)玻璃珠能承受約5000公斤力和硅酸鋯珠9000公斤而言，氧化鋯珠在砂磨機(jī)中的受力是微不足道的，所以碎珠的原因應(yīng)集中在設(shè)備上和工藝上，而采取相應(yīng)的解決辦法。

相似材料氧化鋯珠、硅酸鋯、鋯鋁復(fù)合材料都是屬于研磨介質(zhì)，但是國內(nèi)還沒有一個(gè)有關(guān)鋯系列研磨介質(zhì)的統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)對(duì)氧化鋯珠或相近的產(chǎn)品稱呼五花八門。

下面就珠子成品組成和最終化學(xué)結(jié)構(gòu)依國際上通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作闡述。

氧化鋯分子式為ZrO2，英語單詞為Zirconia 或者Zirconium Oxide，純氧化鋯主要以三種形體存在，單斜晶系（m-ZrO2）、四方晶系（t-ZrO2）、正方晶系（c-ZrO2）。

這三中形體在不同的溫度下可以相互轉(zhuǎn)變，小于1300℃下是以單斜晶系存在。單斜晶系因晶胞本身的結(jié)構(gòu)受外力的作用下體系很不穩(wěn)定；四方晶系和正方晶系的晶格結(jié)構(gòu)卻相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定。

作為起分散和研磨物料作用的介質(zhì)球--氧化鋯珠(或氧化鋯球)就得解決在通常使用溫度范圍內(nèi)（0-80℃）的單斜晶系轉(zhuǎn)變成四方晶系的問題，摻雜堿土和稀土氧化物是一種有效的方法，這樣就出現(xiàn)了不同的穩(wěn)定劑，如氧化釔、氧化鈰、氧化鎂和氧化鈣等。實(shí)踐證明，氧化釔和氧化鈰穩(wěn)定的氧化鋯珠是較理想的研磨介質(zhì)，具有較高的斷裂強(qiáng)度和耐磨性。

不同的穩(wěn)定劑、同一種穩(wěn)定劑不同的量所穩(wěn)定的氧化鋯，晶相結(jié)構(gòu)都不一樣。下面列出常見的幾種晶相的氧化鋯。

一、全穩(wěn)定的氧化鋯FSZ(Full Stabilized Zirconia)：

加8%摩爾比的氧化釔或15%摩爾比的氧化鈣可得到正方晶相氧化鋯，因此體系不會(huì)轉(zhuǎn)變，故稱為全穩(wěn)定的氧化鋯FSZ(Full Stabilized Zirconia)，或稱正方相氧化鋯。主要用作人工寶石、感應(yīng)頭、耐火材料和顏料等。

二、部分穩(wěn)定的氧化鋯PSZ(Partical Stabilized Zirconia)：

單斜相和正方相呈現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。因其具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性而通常被用于加熱和導(dǎo)熱材料。

三、四方相氧化鋯TZP(Tetragonal Zirconium Polycrystal) 或TTZ(Tetragonal Toughened Zirconia)：

加3%摩爾比的氧化釔或約12%摩爾比的氧化鈰成為四方晶相氧化鋯，此晶相的產(chǎn)品特別適合作研磨材料。如賽諾氧化鋯珠CZY-95(密度≥6.0kg/dm3)，CZC-80（密度≥6.2kg/dm3)和耐諾氧化鋯球(NanorZr-95B)，因它們具有較高的耐壓強(qiáng)度和較低的磨耗率而成為研磨介質(zhì)的標(biāo)桿產(chǎn)品。4

為了更清楚的縷清什么是氧化鋯珠，有必要將現(xiàn)市場(chǎng)上其它產(chǎn)品列出，以作比較。

一、硅酸鋯(Zircon or Zirconium Silicate)：

硅酸鋯可以看作是一種復(fù)合氧化物，由相同摩爾比的氧化硅和氧化鋯組成，分子式為ZrSiO4。比重約為4.0kg/dm3，維氏硬度約為1000kgf/mm2。硅酸鋯珠因其中等的密度和硬度，優(yōu)良的耐磨性和價(jià)格比氧化鋯珠便宜而被普遍的使用。

按珠子定相工藝來說分燒結(jié)和電熔法兩種。由鋯英砂作原料的經(jīng)燒結(jié)做出來的珠子是以一致的微觀結(jié)構(gòu)體現(xiàn)，其代表產(chǎn)品是賽諾硅酸鋯珠CZS-64；后者是以氧化鋯粉和氧化硅粉熔融混合而成，微觀結(jié)構(gòu)是以氧化鋯晶體和氧化硅玻璃體分別存在，同時(shí)空腔珠不能避免也是此工藝的一缺陷。

由于歷史的原因，很多人把硅酸鋯珠誤稱為氧化鋯珠，而把其稱作鋯珠是一種簡稱；當(dāng)然也有人把氧化鋯珠簡稱為鋯珠，混亂就此產(chǎn)生。

二、鋯鋁復(fù)合材料(ZrO2 & Al2O3 Complex Ceramic)：

氧化鋯和氧化鋁按不同的摩爾比組成氧化物的復(fù)合材料，按兩者比例的多寡分鋯增韌氧化鋁和鋁增韌氧化鋯，磨介的代表產(chǎn)品是耐諾復(fù)合鋯珠NanorZr-30和NanorZr-76；這兩種珠子的產(chǎn)生主要從改善材料的性能和降低成本來考慮，但不是實(shí)際意義上的氧化鋯珠或純鋯珠。

如何辯別氧化鋯珠的真?zhèn)魏瓦x擇高質(zhì)量的氧化鋯珠，除了注重研磨介質(zhì)的外型、表面光澤、密度和耐壓強(qiáng)度的物理表征外，還要跟蹤使用后珠子的狀況，表面粗糙、變形嚴(yán)重的珠子應(yīng)盡快更換。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

包申旭 - 教授 - 武漢理工大學(xué)