Broyage et Dispersion de zircone

Fabrication en sous-traitance pour broyage et Dispersion

Après le formage humide et le frittage, les produits finis présentent des caractéristiques exceptionnelles en raison de la structure de grain fin et uniforme et de la densité élevée du corps fritté. C C C Ces propriétés se traduisent par des performances électriques, optiques, magnétiques et mécaniques supérieures par rapport aux matériaux qui n’ont pas subi de dispersion. De plus, les boues produites après le meulage et la dispersion, lorsqu’elles sont mélangées avec des liants et appliquées comme revêtements, présentent des surfaces lisses sans fissuration, ce qui améliore davantage leurs propriétés électriques, optiques, magnétiques et mécaniques. Cela souligne l’importance cruciale des processus de broyage et de dispersion.

Distinction entre broyage et Dispersion

Le broyage et la dispersion sont souvent confondus, mais ils impliquent des processus distincts. Le broyage désigne la réduction de grosses particules primaires ou de grosses particules secondaires (agrégats) voir aussi: en particules secondaires ou primaires plus petites, ou même en particules primaires plus fines. Par contre, la Dispersion consiste à séparer les particules primaires ou secondaires agglomérées causées par les forces de van der Waals (forces électrostatiques) sans nécessairement en réduire la taille. En termes plus simples, le broyage implique la rupture des liaisons chimiques. La Figure 1 illustre les particules primaires, secondaires et tertiaires, tandis que les figures 2 et 3 montrent des images au microscope électronique à balayage (meb) de poudre d’alumine après le broyage, où les agglomérats sont dispersés sans changement dans la taille des particules primaires et secondaires, et de poudre de silice après le broyage, où les particules primaires ont été considérablement réduites en taille, représentant des exemples typiques de dispersion et de broyage. Il est évident que la dispersion nécessite moins de force mécanique mais repose sur un procédé à base de solvant, générant des surfaces plus actives qui nécessitent l’utilisation de dispersants pour empêcher la re-agglomération, ce qui la rend quelque peu semblable au meulage. Par conséquent, ces processus sont souvent discutés ensemble en raison de leurs similitudes.

L’importance de la Dispersion

De nombreux clients achètent des matériaux en poudre, en particulier des nanomatériaux, et souvent ne parviennent pas à atteindre la fonctionnalité prévue en raison d’une dispersion inadéquate avant l’utilisation.

Exemple 1: frittage

La poudre de 0,3um Au au2O O O O O O O3 correctement dispersée (Figure un) peut atteindre 99% de la densité théorique lorsqu’elle est formée par voie humide et frittée à 1390°C, avec une croissance moyenne du grain d’environ 2um seulement (Figure deux). Inversement, la poudre non dispersée (Figure 3) traitée par formage à sec atteint une densité frittée de 97,6 % de la densité théorique à 1600°C, avec une croissance moyenne du grain de l’ordre de 5um (Figure 4), avec une croissance anormale du grain.

Exemple 2: papier couché jet d’encre brillant

Une poudre Au auOOH de 40nm bien dispersée (Figure 5), mélangée à du PVA dans des proportions appropriées et enduite sur du papier PE, donne un film très brillant et sans craquelures (Figure 6). Par contre, la poudre non dispersée (Figure 7), directement mélangée à du PVA et enduite sur du papier PE (Figure 8), conduit à un revêtement fissuré et terne.

Exemple 3: revêtement ATO Transparent

La poudre ATO de 40nm bien dispersée (Figure 9), mélangée à du PVA dans des proportions appropriées et enduite sur du verre, donne un revêtement très transparent et uniforme (Figure 10). Inversement, la poudre non dispersée (Figure 11), lorsqu’elle est directement mélangée avec du PVA et enduite sur du verre (Figure 12), entraîne une transparence médiocre et un revêtement inégal.

Conditions pour le meulage des matériaux

La possibilité de broyer un matériau dépend de sa dureté, les matériaux durs et mous étant évalués en fonction de leur dureté Les Mohs. La plupart des billes de broyage au zircone utilisées aujourd’hui sont en YSZ (zircone stabilisé à l’yttrie), qui a une dureté Mohs d’environ 9 (K Knoop: 1800). Les matériaux avec une dureté Mohs de 7 (Knoop 800) ou plus sont considérés comme des matériaux durs et, sur la base de notre expérience, ne peuvent pas être broyés efficacement. Les matériaux d’une dureté Mohs de 7 ou moins sont classés comme matériaux mous et peuvent être broyés. Comme le montrent les figures 2 à 4 dans la distinction entre le broyage et la dispersion, les matériaux durs comme α-Al2O3 ne peuvent être dispersés et non broyés, tandis que les matériaux tendres comme le Le conseil de l’europe2 peuvent être broyés et affinés efficacement. Le tableau 1 fournit des informations sur la dureté de certains matériaux courants.

Formule matérielle Mohs dureté Mohs modifié (Knoop)

Forces mécaniques

La Figure 1 illustre les méthodes courantes de broyage et leurs effets sur la réduction granulométrique. Le meulage et la dispersion utilisent des méthodes de fraisage à billes et de fraisage à billes. Les billes de meulage de zircone, par des collisions mutuelles et les forces de cisaillement générées par leur agitation et leur rotation, affinent la poudre, comme le montrent les figures 2 et 3. La taille à laquelle la poudre peut être raffinée dépend de la taille des billes de broyage de zircone utilisées. Actuellement, les machines de nano-broyage et de dispersion utilisant des billes de broyage de zircone 300um peuvent affiner des poudres à des tailles allant de 100 à 200nm, tandis que les billes de broyage de zircone 50um peuvent affiner des poudres à des tailles comprises entre 30 et 80nm.

Dispersants

Pour maintenir des dispersions stables de poudres, il est essentiel de les empêcher de se re-agglomérer et de réduire leur surface (activité). Lors du broyage et de la dispersion, lorsque les agglomérats ou les liaisons entre les particules sont brisés, la surface augmente. Alors que les particules ayant des charges similaires sur leurs surfaces se repoussent les unes les autres, le potentiel est généralement de l’ordre de ±0-10mV, insuffisant pour empêcher la re-agglomération de poudre. De plus, le solvant présent à la surface de la poudre lors de la re-agglomération peut être piégé entre les particules, augmentant ainsi la viscosité du système. Par exemple, la Figure 1 montre la relation entre la viscosité et le potentiel lorsque de la boue d’alumine à 50 % vol est ajoutée avec du polyacrylate, soulignant que la viscosité peut dépasser 10 000 CPS quand aucun électrolyte /dispersant/ tensioactif n’est ajouté.

La stabilité de la dispersion est obtenue en introduisant des électrolytes, des dispersants et des tensioactifs appropriés pour s’assurer que le potentiel dépasse ±25mV. Cela stabilise efficacement la dispersion des sous-agglomérats de poudre et réduit considérablement la viscosité à moins de 50cps. Les Figures 2 et 3 illustrent schématiquement l’adsorption à la surface des poudres d’électrolytes, de dispersants et de tensioactifs et leur relation avec la stabilité dans la dispersion. Ce phénomène peut être décrit en utilisant la théorie de la double couche de Gouy-Chapman, où les surfaces de poudre adsorbent des électrolytes, des dispersants et des tensioactifs avec des charges électriques opposées. Par la suite, l’adsorption diminue à des niveaux normaux par diffusion à mesure que la distance augmente, formant la couche diffuse, entraînant la formation de la double couche électrique, comme le montre la Figure 4.