氧化鋯陶瓷球具有高強度、高韌性、高密度、高硬度及優異的耐磨性和耐腐蝕性，在研磨介質領域得到了廣泛的應用。近年來，氧化鋯陶瓷微球以其化學穩性好且機械強度高，而發展成為一種新型無機基質材料，并在生物化學、醫藥工業等領域表現出廣闊的應用前景。

一、氧化鋯陶瓷球制備方法

1、毫米級氧化鋯陶瓷球的制備方法

毫米級陶瓷球的制備方法目前，制備毫米級陶瓷球的方法主要有模具壓制法、“行星式”滾動法、直接熱解法等。

（1）模具壓制法

模具壓制法是廣泛應用的一種成 型方法，該工藝優點是生產效率高，易于自動化；制品燒成收縮率小，不易變形。缺點是制得的陶瓷球尺寸較大，球形不好。

模具壓制法多用于制備棒柱狀或圓片形的簡單瓷件，且對模具質量要求較高。若制備小尺寸陶瓷球，效率較低。

（2）“行星式 ”滾動法

“行星式”滾動法就是將造好粒的氧化鋯陶瓷粉體放入滾動筒內，滴加少量去離子水，顆粒隨滾動筒的轉動而在筒壁上滾動，最終形成小球。

該制備方法優點是簡單易行，投資較少；缺點是小球尺寸分布較大。

（3）直接熱解法

直接熱解法適合以金屬的碳酸鹽為原料制備氧化鋯陶瓷小球。它不僅能充分利用原料，而且環保；方法簡單，適合工業大規模生產。

該工藝關鍵步驟是煅燒，熱分解反應產生大量氣體，必須緩慢升溫。

（4）反相懸浮聚合法

懸浮聚合是指借機械攪拌和分散劑使單體呈液滴狀分散于懸浮介質中，進行聚合反應的 方法。其體系一般由單體、油溶性引發劑、水、分散劑四部分組成。反相懸浮聚合是將水溶性單體在有機溶劑中分散成細液滴而進行的聚合。

反相懸浮聚合法優點是：體系粘度低，聚合熱易排除，操作方便；小球比較穩定，質量均勻。缺點是：小球尺寸分布較寬，需作進一步分級處理；適合小尺寸球的制備。

（5）外膠凝法

外膠凝法主要特點是由漿料滴出的小球，在常溫下，先經NH₃預固化，再在NH₄OH中固化。

目前，Y₂O₃，穩定ZrO₂，陶瓷球的制備工藝：含釔的鋯鹽溶液與PVA混合后經震蕩裝置滴球，自由落體的小球經NH₃預固化，再落入NH₄OH中固化。最終燒結得到Y₂O₃一ZrO₂，陶瓷球。德國Brace公司用該法制備了ZrO₂、HfO₂、A1₂O₃等陶瓷球，并都投入到工業化生產。核反應堆小球如UO₂、ThO₂-UO₃等球的制備也多采用該法。

優點是：小球尺寸可通過震動噴嘴調節，尺寸分布窄；原料便宜。

缺點是：液體小球要在凝 膠柱中經NH₃和NH₄OH固化，凝膠時間長且繁瑣，不好控制。

（6）內膠凝法

內膠凝法特點是六次甲基四胺預先混入冷的原料液中，通過受熱在液體小球的各個部位同時分解釋放出氨和甲醛；甲醛和尿素縮合生成聚合物，金屬離子轉變成氫氧化物，溶膠變成凝膠。

優點是：小球直徑可調，尺寸分布窄；凝膠速率快，質量均勻；設備要求低。

缺點是：雜質離子和水分較多，體積收縮率較大。

2、微米級氧化鋯陶瓷球的制備方法

國內外微米級陶瓷球研究頗多。ZrO₂微球已制備出來，并被用作高效液相色譜固定相，主要制備方法有油乳化法和聚合一誘導膠體凝聚法（PICA）。

（1）油乳法

目前，油乳法制備 ZrO₂微球研究成為熱點。毫米級ZrO₂陶瓷球制備工藝為：以氧氯化鋯為原料，Span-80和Tween85為乳化劑，環己烷為有機相，然后以1800r/min攪拌5r/min形成W/O型乳狀液，迅速加入適量尿素和六次甲基四胺，繼續攪拌48h后停止，經洗滌、干燥、800℃灼燒、顆粒浮選，得到2～10um范圍、顆粒分布均勻的微球。

油乳法優點是：微球粒度分布窄，比表面積徑比較理想，有較好的色譜分離效果。

二、氧化鋯陶瓷球加工工藝

1、氧化鋯陶瓷球磨加工技術條件

2、氧化鋯陶瓷球拋光加工技術條件

3、氧化鋯陶瓷球加工技術

（1）自回轉控制研磨法

自回轉控制研磨法使上研盤和下研盤同時轉動，來達到控制球自旋回轉的目的。在研磨過程中可以適當改變上研磨盤和下研磨盤內外兩側研磨盤的轉速，強制改變球自旋角，使整個球表面快速地被研磨，提高研磨效率，同時還能降低球形誤差。

（2）磁懸浮化學機械拋光工藝

磁懸浮化學機械拋光技術利用磁流體在磁場作用下可懸浮包含磨料在內的非磁物的磁流體動力學性能，通過懸浮的聚丙烯材料下板，對陶瓷球實現一個軟支撐加工。在加工過程中，一般采用比氧化鋯陶瓷硬度小的拋光磨料。

三、氧化鋯陶瓷球應用

1、耐腐蝕工業方面：紡織、化工、鋼鐵、食品、一般產業機械、電機、機床等 。

2、耐高溫工業方面：鋼鐵 、化學、汽車、真空設備 ，一般機械、電機等。

3、高轉速機械行業方面：機床、汽車、飛機、衛星、電機、一般產業機械、真空設備等。

4、絕緣產業方面：機床、輸送機械、地鐵車輛等。

5、非磁性下工作機械方面：原子能反應堆、半導體裝置等。

作者：李波濤

參考文獻：

1、朱洪龍，《陶瓷微球成型工藝的研究》。

2、黃勇、何錦濤，《氧化鋯陶瓷制備及其應用》。