[科普中国]-氧化锆珠

氧化锆珠，多为四方相氧化锆（Tetragonal Zirconium Polycrystal）组成，所以也称“TZP”锆珠，是以微米级及亚纳米级氧化锆与氧化钇为原料制成的，是用来对要求“零污染”及高粘度、高硬度物料的超细研磨及分散的一种研磨珠。1

简介氧化锆珠（简称“TZP”锆珠）先用微米级及亚纳米级原料，用先进的工艺制成，各项技术指标及性能达到国际先进水平。主要应用于要求“零污染”及高粘度、高硬度物料的超细研磨及分散，如：电子陶瓷、磁性材料、氧化锆、氧化硅、硅酸锆、钛白粉、医药食品、颜料、染料、油墨、特种化工行业。 主要技术指标：

●化学成份：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级

●柔性系数：8.0Mpa.m

●压碎强度：150kgf（2mm）

●磨 耗 值：达国际先进水平

●规 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……也可为用户定制

主要性能●球体圆整体度好，表面光滑，有珍珠般光泽；

●有非常的韧性，耐冲击，在高速运转中不碎裂。

●TZP锆珠的耐磨性是玻璃珠的30-50倍；

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

真比重：6.02g/cm3 氧化锆 94.8%

容重 3.5-3.7g/cm3 氧化钇 5%

莫氏硬度 9.0 其他 0.2%

特点：1.极低的（ppm级）磨耗

2．极高的硬度不易破碎有利于高硬度物料的研磨

3.极高的密度能有效提高研磨效率2

适用范围1、耐磨损、耐腐蚀产品：涂料、纺织、颜料、印染

2、高强度、高韧性产品：磁性材料、压电陶瓷、介电陶瓷

3、防止污染：医药、食品、化妆品

4、陶瓷：电子陶瓷、耐火陶瓷、结构陶瓷3

碎珠原因我们选择好氧化锆珠后，如何正确使用它，避免氧化锆珠的破碎，尽量延长研磨介质和砂磨机接触件的寿命。

1、碎珠产生的原因

市场上现流行的玻璃珠、硅酸锆珠和纯锆珠，就生产工艺来说，基本上为电熔法和烧结法两种。珠子在热空气、冷空气或电解液中成型，如在某一关健技术

参数没控制好，就会产生如下的易碎珠：

1.1、 气泡珠

1.2、 雪人珠

1.3、 尾巴珠

1.4、 扁平（椭圆）珠

以上珠子因带有应力集中区域，在研磨当中容易破碎，故选择珠子时，应尽量避免此类珠子。

2、氧化锆珠的正常磨耗和破碎的判断

通常情况下，工作一段时间的氧化锆珠变小，表面圆滑而不带棱角，这应是正常珠子的磨耗；相反，如珠子当中出现带棱角、片状异形珠时这应是产生了碎珠。

3、碎珠产生原因

就珠子本身而言，一方面是珠子的质量问题，另一方面或者是此种材料的珠子强度不能胜用某种型号的砂磨机。如瑞士的Dyno-mill ECM卧式砂磨机和德国Drais的DCP立式砂磨机，因输入的能量密度比较高，通常建议使用纯锆珠。

另外，氧化锆珠在砂磨机正常工作下，以受到大约1公斤的压力，相对玻璃珠能承受约5000公斤力和硅酸锆珠9000公斤而言，氧化锆珠在砂磨机中的受力是微不足道的，所以碎珠的原因应集中在设备上和工艺上，而采取相应的解决办法。

相似材料氧化锆珠、硅酸锆、锆铝复合材料都是属于研磨介质，但是国内还没有一个有关锆系列研磨介质的统一的命名标准，市场对氧化锆珠或相近的产品称呼五花八门。

下面就珠子成品组成和最终化学结构依国际上通用的行业标准作阐述。

氧化锆分子式为ZrO2，英语单词为Zirconia 或者Zirconium Oxide，纯氧化锆主要以三种形体存在，单斜晶系（m-ZrO2）、四方晶系（t-ZrO2）、正方晶系（c-ZrO2）。

这三中形体在不同的温度下可以相互转变，小于1300℃下是以单斜晶系存在。单斜晶系因晶胞本身的结构受外力的作用下体系很不稳定；四方晶系和正方晶系的晶格结构却相当的稳定。

作为起分散和研磨物料作用的介质球--氧化锆珠(或氧化锆球)就得解决在通常使用温度范围内（0-80℃）的单斜晶系转变成四方晶系的问题，掺杂碱土和稀土氧化物是一种有效的方法，这样就出现了不同的稳定剂，如氧化钇、氧化铈、氧化镁和氧化钙等。实践证明，氧化钇和氧化铈稳定的氧化锆珠是较理想的研磨介质，具有较高的断裂强度和耐磨性。

不同的稳定剂、同一种稳定剂不同的量所稳定的氧化锆，晶相结构都不一样。下面列出常见的几种晶相的氧化锆。

一、全稳定的氧化锆FSZ(Full Stabilized Zirconia)：

加8%摩尔比的氧化钇或15%摩尔比的氧化钙可得到正方晶相氧化锆，因此体系不会转变，故称为全稳定的氧化锆FSZ(Full Stabilized Zirconia)，或称正方相氧化锆。主要用作人工宝石、感应头、耐火材料和颜料等。

二、部分稳定的氧化锆PSZ(Partical Stabilized Zirconia)：

单斜相和正方相呈现这种结构。因其具有优秀的导热性而通常被用于加热和导热材料。

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

加3%摩尔比的氧化钇或约12%摩尔比的氧化铈成为四方晶相氧化锆，此晶相的产品特别适合作研磨材料。如赛诺氧化锆珠CZY-95(密度≥6.0kg/dm3)，CZC-80（密度≥6.2kg/dm3)和耐诺氧化锆球(NanorZr-95B)，因它们具有较高的耐压强度和较低的磨耗率而成为研磨介质的标杆产品。4

为了更清楚的缕清什么是氧化锆珠，有必要将现市场上其它产品列出，以作比较。

一、硅酸锆(Zircon or Zirconium Silicate)：

硅酸锆可以看作是一种复合氧化物，由相同摩尔比的氧化硅和氧化锆组成，分子式为ZrSiO4。比重约为4.0kg/dm3，维氏硬度约为1000kgf/mm2。硅酸锆珠因其中等的密度和硬度，优良的耐磨性和价格比氧化锆珠便宜而被普遍的使用。

按珠子定相工艺来说分烧结和电熔法两种。由锆英砂作原料的经烧结做出来的珠子是以一致的微观结构体现，其代表产品是赛诺硅酸锆珠CZS-64；后者是以氧化锆粉和氧化硅粉熔融混合而成，微观结构是以氧化锆晶体和氧化硅玻璃体分别存在，同时空腔珠不能避免也是此工艺的一缺陷。

由于历史的原因，很多人把硅酸锆珠误称为氧化锆珠，而把其称作锆珠是一种简称；当然也有人把氧化锆珠简称为锆珠，混乱就此产生。

二、锆铝复合材料(ZrO2 & Al2O3 Complex Ceramic)：

氧化锆和氧化铝按不同的摩尔比组成氧化物的复合材料，按两者比例的多寡分锆增韧氧化铝和铝增韧氧化锆，磨介的代表产品是耐诺复合锆珠NanorZr-30和NanorZr-76；这两种珠子的产生主要从改善材料的性能和降低成本来考虑，但不是实际意义上的氧化锆珠或纯锆珠。

如何辩别氧化锆珠的真伪和选择高质量的氧化锆珠，除了注重研磨介质的外型、表面光泽、密度和耐压强度的物理表征外，还要跟踪使用后珠子的状况，表面粗糙、变形严重的珠子应尽快更换。

本词条内容贡献者为:

包申旭 - 教授 - 武汉理工大学