[发明专利]均匀复合的球状陶瓷颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷基粉体材料技术领域，尤其涉及一种均匀复合的球状陶瓷颗粒及其制备方法。

背景技术

陶瓷基粉体材料的制备及其应用研发是“先进制造技术”的重要构成部分，是中国和世界上各主要发达国家已经确定优先发展的战略性高技术之一。

高球形度的微米级陶瓷颗粒被广泛应用于多个工业领域，比如陶瓷及塑料制品表面的耐磨处理、金属制品表面的磨砂和去应力、传动部件的防磨损及热防护、颗粒及粉状物料的精细研磨等。

通常这种微米级球状颗粒的生产，是将高压空气吹扫熔融的原料，然后收集被高压空气所雾化裹带的颗粒。然后将收集到的颗粒产品进行筛选、整形、清洗等步骤得到最终产品。这种方法的生产的产品主要存在六个方面的缺陷：1）所形成的球状颗粒的球形度较低。2）所形成的球状颗粒通常具有较宽的粒度分布范围，因此对特定产品的产率无法控制。结果就是生产效率低下，无法进行产品订制。3）这种成形方法要求熔融的多组分物料能够形成稳定的均匀熔体，故很难用于制造无法形成稳定共熔体的复合材料体系。4）成形时需要将物料加热至熔融，因此无法应用于较易氧化的物料体系。5）熔融体急速冷却过程中，无法准确控制冷却方向，产品存在较高的内应力，影响产品的强度等力学性能。6）生产过程存在大量污染性的副产物和废气。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中应用高压空气吹扫雾化熔融料浆的方法生产陶瓷颗粒的缺陷，本发明提供一种均匀复合的球状陶瓷颗粒及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种均匀复合的球状陶瓷颗粒，包含至少两种无机材料，其中至少一种为陶瓷材料，所述的颗粒呈球形度大于0.9的球状结构，颗粒的主体结构由纳米级和/或亚微米级的陶瓷材料的粉体通过烧结方式复合；颗粒的中心至外表面的局部密度逐渐或阶梯式增高，且在颗粒的外表面达到最高局部密度。这种结构是由于我们使用气动造粒和滚动成形的工艺，未完全固化的料浆在表面张力和毛细管力的作用下，再经烧结，形成颗粒内低外高的密度分布。而传统的熔融喷雾产生的颗粒是不具备这种结构特点的。

作为优选，所述的无机材料为纳米级和/或亚微米级的陶瓷和/或金属微粉，包括氧化锆、氧化铝、氮化硅、氮化铝、二氧化硅、硅酸锆、碳化硼、氮化硼、金刚石、碳化钨和金属中的一种或几种。但不仅限于此。

作为优选，所述的陶瓷材料为纳米级和/或亚微米级的陶瓷微粉，包括氧化锆、氧化铝、氮化硅、氮化铝、二氧化硅、硅酸锆、碳化硼、氮化硼、金刚石和碳化钨中的一种或几种。但不仅限于此。

本发明方法制得的复合陶瓷颗粒中80%以上的颗粒具有0.92以上的球形度。

个体颗粒的组分与颗粒总体平均组分的差异小于3%，具有均匀的复合特性颗粒总体平均组分即抽取任意批量的颗粒，该批量颗粒的平均组分。

本发明方法制得的所述颗粒的体积平均粒径为10μm-500μm。

一种均匀复合的球状陶瓷颗粒的制备方法，该方法制备平均粒径为10μm-250μm的球状陶瓷颗粒，包括如下步骤：

a）研磨分散：将至少两种无机微粉，其中至少一种为陶瓷微粉，以及水或/和有机溶剂和分散剂同时或分步投料后，用湿法研磨共混至微粉的平均粒径为0.5μm-1μm；

b）气动造粒：将a）中得到的物料中加入水或者水与醇类的混合物进行稀释，调节料浆的粘度100-2000cPa和固体含量20-50wt%，使得浆料达到雾化喷射，进行气动造粒的要求，

c)对气动造粒的颗粒进行干燥，粗筛；

d）对c)中制得的颗粒进行烧结；

e）对烧结后的颗粒进行球磨抛光、清洗；

f）对抛光、清洗后的颗粒进行干燥、粗筛；

g）对粗筛后的颗粒进行选圆、精筛。

步骤b）中还可以在±10%的范围内进一步微调料浆的粘度、固体含量，使得雾化喷射的浆料颗粒具备稳定的空气动力学直径，该直径为最终制备的陶瓷颗粒的直径的110-130%；

作为优选，所述的分散剂的含量为0.01-3wt%（初始含量），所述的分散剂包括三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯和LBD-1中的一种或几种。但不仅限于此。