Produção de óxido de alumínio ultrafino utilizando oxidação de zircônia via método de moagem de esferas

O óxido de alumínio ultrafino possui excelentes propriedades, como resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, resistência à abrasão, alta resistência, alta dureza, grande área superficial e bom isolamento. Ele encontra aplicações generalizadas em áreas como biocerâmicas, revestimentos de proteção de superfície, catalisadores químicos, chips de circuito integrado, aeroespacial, materiais absorvedores de infravermelho e sensores sensíveis à umidade. A moagem de bolas é um método comum e econômico para a produção de pó de óxido de alumínio ultrafino. Este capítulo explora a preparação de pó de óxido de alumínio ultrafino usando um óxido de alumínio de grau industrial como material de partida e variando o tamanho das bolas de zircônia através de um processo de moagem de bolas. Um planejamento experimental ortogonal é usado para investigar o impacto do tempo de moagem de bolas, relação bola-material, velocidade de moagem e auxiliares de moagem no tamanho das partículas.

Reagentes experimentaisAs especificações e fontes dos reagentes utilizados nos experimentos estão listadas na Tabela 2.1. Esferas de zircônia de vários tamanhos (10mm, 6mm, 4mm, 2mm) foram empregadas como meio de moagem, como mostra a Figura 2.1.

Instrumentos experimentaisOs principais instrumentos utilizados nos experimentos e suas fontes estão detalhados na Tabela 2.2.

Procedimento Experimental(1) Determinação das Razões de Esferas de Zircônia Óxido de alumínio de grau industrial com tamanho médio de partícula de 79,26μm (7g) foi combinado com esferas de zircônia (28g) em um frasco de moagem de alumina. A relação esfera/material foi fixada em 4:1, a velocidade de moagem em 500r/min e o tempo de moagem em 30min em um moinho de bolas planetário. Diferentes tamanhos de esferas de zircônia (10mm, 6mm, 4mm, 2mm) foram usados para investigar o tamanho de partícula resultante.

(2) Experimentos ortogonaisPara investigar o impacto do tempo de moagem, da velocidade de moagem e da relação esfera/material no tamanho das partículas, 7g de óxido de alumínio de grau industrial (tamanho médio de partícula: 79,26μm) foram fresados com esferas de zircônia de 4mm e 2mm (relação mássica 1:3) em um frasco de moagem de alumina, seguindo condições especificadas. Os níveis dos fatores experimentais ortogonais são mostrados na Tabela 2.3.

(3) Moagem de esferas úmidas7g de óxido de alumínio de grau industrial com tamanho médio de partícula de 79,26μm foi moída com esferas de zircônia de 4mm e 2mm (relação de massa 1:3) em um frasco de moagem de alumina. As condições de moagem incluíram um tempo de moagem de 30min, velocidade de moagem de 500r/min e uma relação bola-material de 6:1 em um moinho de bolas planetário. A influência dos auxiliares de moagem sobre o tamanho e morfologia das partículas foi investigada variando-se a quantidade de auxílio de moagem adicionada.

Caracterização Experimental(1) Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)A morfologia microscópica do pó de óxido de alumínio foi examinada usando um microscópio eletrônico de varredura TM3000 produzido pela Hitachi em condições padrão com uma tensão de aceleração de 15kV.

(2) Análise de tamanho de partículas por difração a laserA análise granulométrica de pós moídos sob diferentes condições de processo foi realizada usando um analisador de tamanho de partículas a laser BT-9300S produzido pela Dandong Bait Instrument Co., Ltd. A análise forneceu dados sobre tamanho médio de partícula, distribuição de tamanho de partícula e área superficial específica. As condições de teste incluíram uma faixa de medição de 0,1-716μm, erro de repetibilidade <1%, obscurecimento de luz de 10-15% e água como dispersante. Foram realizadas três medidas e registrados os resultados médios.

Resultados experimentais e discussão(2.3.1) Influência do tamanho da bola de zircônia no produtoO impacto do tamanho da bola de zircônia no produto foi examinado sob várias condições. Antes da moagem, o pó de óxido de alumínio de grau industrial exibiu uma distribuição granulométrica estreita, com um tamanho médio de partícula de 79,26μm. Após a moagem com esferas de zircônia de diferentes tamanhos (10mm, 6mm, 4mm, 2mm) sob condições específicas (velocidade de moagem: 500r/min, tempo de moagem: 30min, relação esfera-material: 4:1), a distribuição granulométrica do pó resultante aumentou e o tamanho das partículas diminuiu significativamente. No entanto, quando o tamanho da esfera de zircônia diminuiu ainda mais para 2mm, o tamanho da partícula tendeu a se estabilizar devido à redução da força de impacto. O menor tamanho médio de partícula, de 11,41μm, foi obtido usando esferas de zircônia de 4mm.

(2) Influência de duas relações de esferas de zircôniaSob condições de moagem constantes (velocidade de moagem: 500r/min, tempo de moagem: 30min, relação bola-material: 4:1), o uso de uma combinação de esferas de zircônia de 4mm e 2mm produziu pó com uma distribuição granulométrica mais estreita e menor tamanho médio de partícula (10,66μm) em comparação com o uso de esferas de 4mm isoladamente (11,41μm).

(3) Influência de três razões de esferas de zircôniaQuando três diferentes tamanhos de esferas de zircônia foram usados para moagem em condições específicas (velocidade de moagem: 500r/min, tempo de moagem: 30min, relação bola-material: 4:1), o pó resultante exibiu uma distribuição granulométrica estreita e menor tamanho médio de partícula (68,09μm) usando esferas de zircônia de 10mm, 4mm e 2mm. Isso indica desagregação e dispersão de partículas efetivas.

Em conclusão, a escolha do tamanho e da razão da esfera de zircônia influencia significativamente o tamanho de partícula e a distribuição do pó de óxido de alumínio moído, afetando sua adequação para diversas aplicações.