زركونيا طحن وتشتيت

عقد التصنيع للطحن والتشتيت

بعد التشكيل الرطب والتلبيد، تظهر المنتجات النهائية خصائص استثنائية بسبب بنية الحبوب الدقيقة والمتماسكة والكثافة العالية للجسم الملتصق. تؤدي هذه الخصائص إلى أداء كهربائي، بصري، مغناطيسي، وميكانيكي متفوق مقارنة بالمواد التي لم تخضع للتشتت. وبالإضافة إلى ذلك، يظهر الرذاذ المنتج بعد الطحن والتشتت، عند خلطه برابطات واستخدامه كطلاءات، أسطحاً ملساء دون تشققات، مما يزيد من تعزيز خواصها الكهربائية والبصرية والمغناطيسية والميكانيكية. وهذا يؤكد الأهمية الحاسمة لعمليات الطحن والتشتت.

التمييز بين الطحن والتشتت

وغالبًا ما يتم الخلط بين الطحن والتشتت، ولكنها تنطوي على عمليات متميزة. ويشير الطحن إلى اختزال الجسيمات الأولية الكبيرة أو الجسيمات الثانوية الخشنة (التجاميع) إلى جسيمات ثانوية أو أولية أصغر، أو حتى جزيئات أولية أدق. التشتت، على الجانب الآخر، ينطوي على فصل الجسيمات الأولية أو الثانوية المتكدسة الناتجة عن قوى فان دير فالس (القوى الكهروستاتيكية) دون الحاجة إلى تقليل حجمها. وبعبارة أبسط، ينطوي الطحن على تكسير الروابط الكيميائية. يوضح الشكل الأول الجسيمات الأولية والثانوية والثالثية، بينما يوضح الشكلان الثاني والثالث صور المجهر الإلكتروني الماسح لمسحوق الألومنيوم بعد الطحن، حيث تتشتت التكتلات دون تغيير في حجم الجسيمات الأولية والثانوية، ومسحوق السيليكا بعد الطحن، حيث تم تقليل الجسيمات الأولية بشكل ملحوظ في الحجم، مما يمثل التشتت النموذجي وأمثلة الطحن. ومن الواضح أن التشتت يتطلب قوة ميكانيكية أقل ولكنه يعتمد على عملية قائمة على المذيبات، تولد أسطحاً أكثر نشاطاً تتطلب استخدام المشتتات لمنع إعادة التكتل، مما يجعلها شبيهة إلى حد ما بالطحن. ولذلك، غالبا ما تناقش هذه العمليات معا بسبب أوجه التشابه بينهما.

أهمية التشتت

يشتري العديد من العملاء مواد المساحيق، وخاصة المواد النانوية، وغالبًا ما يفشلون في تحقيق الوظائف المقصودة بسبب عدم كفاية التشتت قبل الاستخدام.

مثال 1: الاستراحة

مسحوق 0.3um آل2أو3 المنتشر بشكل صحيح (الشكل 1) يمكن أن يحقق 99 ٪ من الكثافة النظرية عندما تكون رطبة ومسبكة عند 1390 درجة مئوية، مع نمو الحبوب في المتوسط فقط حوالي 2um (الشكل 2). وعلى العكس من ذلك، فإن المسحوق غير المشتتة (الشكل 3) المعالج باستخدام التشكيل الجاف يصل إلى كثافة ملولبة تبلغ 97.6 ٪ من الكثافة النظرية عند 1600 درجة مئوية، مع متوسط نمو الحبوب حوالي 5 ٪ (الشكل 4)، جنبا إلى جنب مع نمو غير طبيعي للحبوب.

مثال 2: ورق مطلي بنفث الحبر الفاتح

مسحوق أوأوH الموزع بشكل كافٍ 40 نانومتر (الشكل الخامس)، عند خلطه مع PVA بنسب مناسبة وتغليفه على ورق PE، ينتج عنه فيلم خالي من الطققع ومليء بدرجة عالية من اللمعان (الشكل السادس). وعلى النقيض من ذلك، فإن المسحوق غير المشتت (الشكل 7)، الذي يخلط مباشرة مع PVA ويطلي على ورق PE (الشكل 8)، يؤدي إلى طلاء متشقق وبليد.

مثال 3: طلاء ATأو شفاف

مسحوق ATأو 40 نانومتر ينثر بشكل صحيح (الشكل 9)، عندما يخلط مع PVA بنسب مناسبة ويغلف على الزجاج، ينتج طبقة عالية الشفافية والموحدة (الشكل 10). وعلى العكس من ذلك، فإن المسحوق غير المشتت (الشكل 11)، عندما يخلط مباشرة مع PVA ويطلي على الزجاج (الشكل 12)، يؤدي إلى ضعف الشفافية وعدم انتظام الطلاء.

شروط طحن المواد

تعتمد إمكانية طحن المادة على صلابتها، حيث يتم تقييم كل من المواد الصلبة واللينة بناءً على صلابتها. معظم كرات طحن الزركونيا المستخدمة اليوم مصنوعة من YSZ (الزركونيا المثبتة بإيتريا)، والتي لديها صلابة موس حوالي 9 (نوب 1800). تعتبر المواد ذات صلابة الامهات من 7 (نوب 800) أو أعلى مواد صلبة، واستنادًا إلى خبرتنا، لا يمكن طحنها بشكل فعال. تصنف المواد ذات صلابة موس 7 أو أقل كمواد لينة ويمكن طحنها. كما هو موضح في الأشكال من 2 إلى 4 في التمييز بين الطحن والتشتيت، يمكن أن تكون المواد الصلبة مثل α-آل2أو3 مشتتة فقط وليس طحنها، في حين أن المواد اللينة مثل صO2 يمكن طحنها وتنقيحها بشكل فعال. ويقدم الجدول 1 معلومات عن الصلابة لبعض المواد الشائعة.

المادة صيغة موس الصلابة Mohs المعدلة Mohs (نوب)

القوى الميكانيكية

ويوضح الشكل الأول أساليب الطحن الشائعة وتأثيرها على اختزال حجم الجسيمات. تستخدم الطحن والتشتت طرق طحن الكرات وطحن الخرز. كرات طحن الزركونيا، من خلال الاصطدامات المتبادلة وقوى القص الناتجة عن تقليبها ودورانها، تنقية المسحوق، كما هو موضح في الشكلين الثاني والثالث. ويعتمد حجم المسحوق الذي يمكن تكريره على حجم كرات طحن الزركونيا المستخدمة. في الوقت الحاضر، يمكن لآلات طحن النانو وتشتيت استخدام كرات طحن الزركونيا 300um تنقية المساحيق إلى أحجام تتراوح من 100 إلى 200 نانومتر، في حين يمكن لكرات طحن الزركونيا 50um تنقية المساحيق إلى أحجام تتراوح بين 30 و 80 نانومتر.

منشقون

للحفاظ على استقرار تشتت المساحيق، من الضروري منعها من إعادة تكتل والحد من مساحة سطحها (النشاط). وأثناء الطحن والتشتت، عندما تتكسر التكتلات أو الروابط بين الجسيمات، تزداد مساحة السطح. وفي حين أن الجسيمات ذات الشحنات المتشابهة على سطحها تتنافر مع بعضها البعض، فإن القدرة تكون عادة في نطاق ±0-10 ملي فولت، وهو ما لا يكفي لمنع إعادة تكتل المساحيق. وعلاوة على ذلك، يمكن أن يصبح المذيب الموجود على سطح المسحوق أثناء إعادة التكتل محاصرا بين الجسيمات، مما يزيد من لزوجة النظام. فعلى سبيل المثال، يبين الشكل 1 العلاقة بين اللزوجة والقدرة عند إضافة ملاط الألومينا بنسبة 50 في المائة مع البولي أكريلات، مع تسليط الضوء على أن اللزوجة يمكن أن تتجاوز 10000 cps عندما لا يضاف الإلكتروليت/المشتت/الخافض للتوتر السطحي.

ويتحقق الاستقرار في التشتت بإدخال إلكتروليتات ومشتتات ومواد خافضة للتوتر السطحي مناسبة لضمان تجاوز القدرة المحتملة ±25 ملي فولت. ويعمل ذلك على تثبيت تشتت الكتل الفرعية المساحيقية بشكل فعال ويقلل بدرجة كبيرة من اللزوجة إلى أقل من 50 دورة في الثانية. ويقدم الشكلان الثاني والثالث توضيحا تخطيطيا لامتصاص سطح المساحيق للإلكتروليتات والمشتتات والمواد الخافضة للتوتر السطحي وعلاقتها بالاستقرار في التشتت. يمكن وصف هذه الظاهرة باستخدام نظرية طبقة جاي -تشابمان المزدوجة، حيث تمتص أسطح المساحيق الشحوم، المشتتات، والمواد الخافضة للتوتر السطحي مع شحنات كهربائية معارضة. بعد ذلك، يقل الامتزاز إلى المستويات الطبيعية من خلال الانتشار مع زيادة المسافة، وتشكيل طبقة الانتشار، مما يؤدي إلى تشكيل الطبقة الكهربائية المزدوجة، كما هو موضح في الشكل الرابع.