Bột gốm oxit: Hướng dẫn thực hành về chủng loại, tính chất và ứng dụng công nghiệp

Bột gốm oxit là nguyên liệu thô nền tảng đằng sau một số thành phần kỹ thuật đòi hỏi khắt khe nhất trong ngành công nghiệp hiện đại - từ lớp phủ rào cản nhiệt bảo vệ cánh tuabin động cơ phản lực, đến bề mặt cấy ghép tương thích sinh học được sử dụng trong phẫu thuật chỉnh hình, đến vật liệu nền trong các thiết bị điện tử tần số cao. Thuật ngữ này bao gồm một nhóm rộng các loại bột vô cơ, phi kim loại trong đó oxy được liên kết hóa học với một hoặc nhiều nguyên tố kim loại hoặc bán kim loại, tạo ra các hợp chất có độ cứng đặc biệt, độ ổn định nhiệt, cách điện và kháng hóa chất. Hướng dẫn này giải quyết sự phức tạp để cung cấp cho các kỹ sư, chuyên gia thu mua và nhà nghiên cứu vật liệu hiểu biết thực tế về bột gốm oxit là gì, chúng khác nhau như thế nào, các thông số xử lý quan trọng và vị trí mỗi loại hoạt động tốt nhất.

Điều gì xác định bột gốm oxit

Gốm oxit là một phân lớp của gốm sứ tiên tiến trong đó liên kết hóa học chính bao gồm liên kết ion và cộng hóa trị kim loại-oxy hoặc bán kim loại-oxy. Ở dạng bột, các vật liệu này được sản xuất dưới dạng các hạt mịn - có đường kính từ dưới micron (quy mô nanomet) đến hàng chục micron - sau đó được xử lý thành các thành phần hoặc lớp phủ dày đặc thông qua quá trình thiêu kết, ép nóng, phun nhiệt hoặc các tuyến luyện kim bột và chế biến gốm khác.

Ký hiệu "oxit" phân biệt các vật liệu này với gốm không chứa oxit như cacbua, nitrua và borua. Gốm oxit thường ổn định hơn về mặt hóa học trong môi trường oxy hóa và có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao cao hơn so với các chất không chứa oxit, khiến chúng trở thành lựa chọn mặc định cho các ứng dụng liên quan đến việc tiếp xúc lâu với không khí, khí đốt hoặc môi trường hóa học oxy hóa. Chúng cũng thường dễ dàng thiêu kết ở mật độ cao hơn so với gốm không chứa oxit, vì môi trường thiêu kết có chứa oxy và môi trường lò tiêu chuẩn tương thích tự nhiên với hệ thống bột oxit.

Các thuộc tính của bất kỳ nhất định bột gốm oxit được xác định bởi ba cấp độ cấu trúc: hóa học tinh thể của chính hợp chất (xác định các đặc tính nội tại như điểm nóng chảy và hành vi điện), đặc điểm cấu trúc vi mô của bột (kích thước hạt, phân bố kích thước hạt, hình thái và diện tích bề mặt), và độ tinh khiết và thành phần pha của bột (xác định xem có pha thứ hai, chất pha tạp hoặc tạp chất hay không và chúng có ảnh hưởng gì đến quá trình xử lý và tính chất cuối cùng).

Các loại bột gốm oxit chính và đặc tính của chúng

Loại bột gốm oxit bao gồm hàng chục hợp chất khác biệt về mặt hóa học, nhưng một nhóm tương đối nhỏ chiếm phần lớn trong sử dụng công nghiệp và nghiên cứu. Hiểu được đặc tính riêng biệt của các loại chính này là điều cần thiết cho việc lựa chọn vật liệu.

Ôxít nhôm (Alumina, Al₂O₃)

Alumina là loại bột gốm oxit được sản xuất và tiêu thụ rộng rãi nhất trên toàn cầu. Alpha-alumina (α-Al₂O₃) — pha tinh thể ổn định nhiệt động lực học — là dạng được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng kết cấu và mài mòn. Nó có độ cứng xấp xỉ 9 trên thang Mohs (2.000–2.100 HV), nhiệt độ nóng chảy 2.072°C, cách điện tuyệt vời (điện trở suất >10¹⁴ Ω·cm ở nhiệt độ phòng) và khả năng kháng hóa chất tốt với hầu hết các axit và bazơ ngoại trừ kiềm đậm đặc và axit flohydric.

Bột alumina được sản xuất với nhiều độ tinh khiết - từ 99% đến 99,99% - và kích thước hạt từ bột nung dưới micron (D50 là 0,3–0,5 µm) được sử dụng để thiêu kết các thành phần mật độ cao, đến bột alumina nung chảy và nghiền thô hơn (D50 từ 20–80 µm) được sử dụng làm nguyên liệu cho lớp phủ phun nhiệt và các ứng dụng mài mòn. Hoạt động thiêu kết của alumina rất nhạy cảm với độ tinh khiết: thậm chí 0,1–0,5% tạp chất kim loại kiềm (natri, kali) thúc đẩy sự phát triển hạt quá mức trong quá trình thiêu kết, dẫn đến cấu trúc vi mô thô hơn và độ bền cơ học giảm.

Oxit zirconi (Zirconia, ZrO₂)

Zirconia là loại gốm oxit có cấu trúc quan trọng thứ hai, được phân biệt với alumina bởi sự kết hợp của độ cứng vừa phải, độ bền gãy đặc biệt cao (đối với gốm), độ dẫn nhiệt rất thấp và độ dẫn ion cao ở nhiệt độ cao. Zirconia nguyên chất trải qua quá trình biến đổi pha đơn tà sang tứ giác ở nhiệt độ khoảng 1.170°C, kèm theo sự thay đổi thể tích gây ra vết nứt ở vật liệu không pha tạp trong quá trình làm mát - làm cho bột ZrO₂ nguyên chất không phù hợp với các thành phần cấu trúc dày đặc mà không ổn định.

Bột zirconia ổn định được tạo ra bằng cách thêm các oxit tạp chất - phổ biến nhất là yttria (Y₂O₃), calcia (CaO), magie (MgO) hoặc ceria (CeO₂) - để ngăn chặn sự biến đổi pha phá hủy. Các biến thể quan trọng nhất được sử dụng trong công nghiệp là bột zirconia ổn định yttria (YSZ), đặc biệt là 3 mol% YSZ (3Y-TZP) cho độ bền tối đa trong các ứng dụng nha khoa và y sinh, và 8 mol% YSZ (8YSZ) cho khả năng chống chu trình nhiệt tối đa trong lớp phủ rào cản nhiệt cho các bộ phận tuabin hàng không vũ trụ.

Titan Dioxide (Titania, TiO₂)

Titania tồn tại ở ba dạng tinh thể - rutile, anatase và brookite - với rutile là pha nhiệt độ cao ổn định về mặt nhiệt động được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng gốm và sơn. Bột gốm Titania có độ cứng vừa phải (Mohs 6–6,5), chỉ số khúc xạ cao và hằng số điện môi khiến nó có giá trị trong các công thức gốm điện tử. Anatase Titania đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng quang xúc tác vì hoạt tính quang xúc tác cao dưới ánh sáng tia cực tím, thúc đẩy các ứng dụng trong lọc không khí, bề mặt tự làm sạch và xử lý nước quang xúc tác. Bột Rutile TiO₂ với hình thái hạt được kiểm soát được sử dụng làm nguyên liệu phun nhiệt cho lớp phủ chống mài mòn mang lại độ bền tốt hơn alumina trong môi trường dễ bị va đập.

Ôxít magie (Magnesia, MgO)

Bột magie được đặc trưng bởi điểm nóng chảy đặc biệt cao (2.852°C), tính dẫn nhiệt tốt đối với gốm oxit và đặc tính hóa học cơ bản mạnh. Nó có tính hút ẩm — nó hấp thụ độ ẩm trong khí quyển để tạo thành Mg(OH)₂ — điều này làm phức tạp việc bảo quản và xử lý bột và cần sấy khô cẩn thận trước khi thiêu kết. Bột MgO được sử dụng làm vật liệu chịu lửa trong lớp lót lò nhiệt độ cao, làm chất pha tạp trong alumina và gốm oxit khác để ngăn chặn sự phát triển của hạt và cải thiện mật độ thiêu kết, đồng thời là thành phần của bột gốm oxit đa thành phần cho các ứng dụng điện môi và từ tính chuyên dụng.

Xeri Oxit (Ceria, CeO₂)

Ceria là bột gốm oxit đất hiếm có cấu trúc tinh thể fluorit cùng khả năng lưu trữ và giải phóng oxy đáng kể thông qua chu trình oxy hóa khử Ce⁴⁺/Ce³⁺, khiến nó trở thành vật liệu chức năng quan trọng trong bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều của ô tô. Ở dạng bột gốm, ceria được sử dụng làm chất ổn định cho zirconia, làm chất mài mòn đánh bóng cho tấm kính quang học và silicon (trong đó độ cứng nhẹ và hoạt động đánh bóng cơ-hóa học của nó mang lại bề mặt hoàn thiện vượt trội với thiệt hại dưới bề mặt tối thiểu) và làm chất hỗ trợ thiêu kết trong vật liệu điện phân pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC).

Silicon Dioxide (Silica, SiO₂)

Silica chiếm một vị trí độc nhất trong họ gốm oxit vì nó có thể tồn tại ở cả hai dạng tinh thể (thạch anh, cristobalite, tridymite) và dạng vô định hình (silica nung chảy). Silica bốc khói vô định hình và bột silica kết tủa có diện tích bề mặt cực cao (50–400 m2/g) và được sử dụng làm chất biến tính lưu biến, chất độn tăng cường trong chất đàn hồi và chất hỗ trợ mang lại diện tích bề mặt cho chất xúc tác. Bột thạch anh kết tinh có đặc tính áp điện được khai thác trong các thiết bị điều khiển tần số điện tử. Bột silica nung chảy, với hệ số giãn nở nhiệt gần như bằng 0, được sử dụng trong vỏ đúc đầu tư chính xác và làm nguyên liệu phun nhiệt cho lớp phủ có độ giãn nở thấp.

So sánh đặc tính chính của các loại bột gốm oxit chính

Bảng dưới đây cung cấp sự so sánh song song về các đặc tính kỹ thuật quan trọng nhất đối với các loại bột gốm oxit chính, nhằm hỗ trợ các quyết định lựa chọn vật liệu:

Đặc tính bột quyết định hiệu suất xử lý

Thành phần hóa học chủ yếu của bột gốm oxit chỉ nói lên một phần câu chuyện. Các đặc tính vật lý và hình thái của các hạt bột có ảnh hưởng lớn như nhau - và thường chiếm ưu thế - đến cách thức hoạt động của bột trong quá trình xử lý và những đặc tính mà thành phần thiêu kết hoặc phủ cuối cùng đạt được. Đây là những thông số được các kỹ sư gốm kinh nghiệm xem xét kỹ lưỡng khi đánh giá một lô bột.

Kích thước hạt và phân bố kích thước hạt (PSD)

Kích thước hạt là đặc tính bột có ảnh hưởng lớn nhất đối với quá trình thiêu kết. Bột mịn hơn có diện tích bề mặt cao hơn, làm tăng động lực nhiệt động cho quá trình thiêu kết và cho phép cô đặc ở nhiệt độ thấp hơn hoặc trong thời gian ngắn hơn. Bột alumina Submicron (D50 từ 0,2–0,5 µm) có thể được thiêu kết đến mật độ lý thuyết >99% ở 1.400–1.500°C, trong khi bột thô hơn có cùng chất hóa học (D50 từ 2–5 µm) có thể cần 1.600–1.700°C để đạt được mật độ tương đương. Đối với các ứng dụng phun nhiệt, điều ngược lại là đúng - các hạt quá mịn (dưới ~5 µm) không chảy tốt qua thiết bị phun và có thể bay hơi trong plasma thay vì tan chảy và lắng đọng. Bột nguyên liệu phun nhiệt thường nằm trong phạm vi 15–100 µm, với PSD được kiểm soát để đảm bảo hoạt động nhất quán trong chuyến bay.

Độ rộng phân bố kích thước hạt cũng quan trọng như kích thước hạt trung bình. PSD hẹp (phân bố chặt chẽ quanh D50) tạo ra lớp bột đồng đều hơn và hoạt động thiêu kết dễ dự đoán hơn. PSD rộng có thể cải thiện mật độ xanh thông qua việc đóng gói tốt hơn các hạt mịn vào các khoảng trống giữa các hạt thô, điều này có thể thuận lợi cho một số quy trình xử lý nhất định. Việc chỉ định các giá trị D10, D50 và D90 - không chỉ D50 - khi mua bột gốm oxit cung cấp một bức tranh đầy đủ hơn về phân bố kích thước hạt.

Diện tích bề mặt riêng (BET)

Diện tích bề mặt riêng, được đo bằng phương pháp hấp phụ nitơ BET và biểu thị bằng m2/g, có liên quan chặt chẽ với kích thước hạt nhưng cũng phản ánh độ nhám bề mặt và độ xốp bên trong của hạt. Bột có diện tích bề mặt cao (>10 m2/g đối với alumina) có khả năng phản ứng hóa học cao hơn, hấp thụ nhiều độ ẩm trong không khí hơn và cần nhiều chất kết dính hơn trong các công thức đúc băng và ép phun. Chúng cũng thiêu kết ở nhiệt độ thấp hơn nhưng dễ bị kết tụ hơn, điều này có thể tạo ra các chất kết tụ cứng có mật độ giới hạn trong thân xanh nếu không được phân tán đúng cách trong quá trình xử lý.

Hình thái hạt

Hình dạng hạt ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chảy của bột, mật độ đóng gói và độ đồng đều của thân xanh. Các hạt hình cầu - được tạo ra bằng quá trình sấy phun, nhiệt phân phun hoặc quá trình sol-gel - chảy tự do, đóng gói đồng đều và tạo ra các vật thể màu xanh lá cây với sự phân bố mật độ đồng nhất, dẫn đến độ co ngót đẳng hướng có thể dự đoán được trong quá trình thiêu kết. Các hạt có hình dạng không đều được tạo ra bằng quá trình nghiền và nghiền có khả năng chảy thấp hơn và đóng gói kém đồng đều hơn, nhưng cung cấp khả năng liên kết cơ học tốt hơn trong các vật thể xanh được ép và có thể đạt được mật độ ép cao hơn trong một số hoạt động ép. Đối với các ứng dụng phun nhiệt, bột hình cầu (các hạt được làm tròn bằng plasma hoặc xử lý ngọn lửa) được ưa thích hơn vì chúng chảy tự do qua các bộ cấp bột và tạo ra quỹ đạo hạt trong chuyến bay ổn định hơn.

Thành phần pha và độ tinh khiết

Đối với bột zirconia, việc xác minh thành phần pha - xác nhận tỷ lệ chính xác của chất ổn định để đảm bảo có pha mục tiêu (tứ giác, lập phương hoặc hỗn hợp) - là rất quan trọng trước khi xử lý. Nhiễu xạ tia X (XRD) là phương pháp phân tích tiêu chuẩn để nhận dạng và định lượng pha. Đối với alumina, việc xác nhận rằng bột ở pha alpha (chứ không phải các pha chuyển tiếp như gamma hoặc theta) là rất quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu độ co ngót trong quá trình thiêu kết có thể dự đoán được - alumin chuyển tiếp chuyển sang alpha với sự kiện tỏa nhiệt đáng kể và thay đổi thể tích ở ~ 1.100°C có thể gây ra nứt ở các thành phần được xử lý kém.

Phương pháp sản xuất bột gốm oxit

Các đặc tính của bột gốm oxit một phần là do cách nó được tạo ra. Các lộ trình tổng hợp khác nhau tạo ra các loại bột có kích thước hạt, hình thái, độ tinh khiết và thành phần pha khác nhau một cách có hệ thống, đồng thời hiểu được phương pháp sản xuất bột sẽ giúp dự đoán cách thức hoạt động của nó trong quá trình xử lý.

• Nung các muối tiền chất: Con đường công nghiệp phổ biến nhất đối với alumina và nhiều loại bột oxit khác. Một muối kim loại hòa tan (như nhôm hydroxit hoặc nhôm nitrat) bị phân hủy nhiệt trong lò quay để tạo ra bột oxit. Kích thước hạt và diện tích bề mặt được kiểm soát bởi nhiệt độ nung và thời gian dừng. Tuyến đường này có chi phí thấp và có thể mở rộng nhưng thường tạo ra các hạt có hình dạng bất thường với diện tích bề mặt vừa phải.
• Đồng mưa: Dung dịch muối kim loại được trộn và kết tủa bằng cách thêm bazơ (thường là amoni hydroxit) để tạo ra hỗn hợp tiền chất hydroxit hoặc cacbonat, sau đó nung thành oxit. Đồng kết tủa là con đường chính để sản xuất bột oxit đa thành phần với sự pha trộn hóa học đồng nhất ở cấp độ nano - cần thiết cho zirconia pha tạp, bari titanate và gốm oxit chức năng khác, nơi tính đồng nhất hóa học là rất quan trọng.
• Xử lý Sol-gel: Dung dịch muối hoặc alkoxit kim loại được thủy phân và ngưng tụ để tạo thành mạng lưới gel, sau đó được sấy khô và nung. Sol-gel tạo ra các loại bột đặc biệt mịn, có độ tinh khiết cao với PSD hẹp và tính đồng nhất hóa học tuyệt vời trong các hệ thống đa thành phần. Hạn chế là chi phí nguyên liệu thô cao hơn (tiền chất alkoxide kim loại đắt tiền) và quy mô sản xuất thấp hơn so với phương pháp nung.
• Tổng hợp ngọn lửa hoặc plasma: Tiền chất kim loại (khí, chất lỏng hoặc bột) được bơm vào ngọn lửa nhiệt độ cao hoặc tia plasma, nơi chúng bị oxy hóa và làm nguội nhanh chóng để tạo thành các hạt nano oxit. Lộ trình này tạo ra các loại bột nano gốm oxit đồng nhất, tốt nhất hiện có (D50 từ 10–100 nm) với độ tinh khiết rất cao. Silica bốc khói và alumina bốc khói được sản xuất bằng phương pháp thủy phân trong ngọn lửa là những sản phẩm thương mại chính được sản xuất theo phương pháp này.
• Sự kết hợp và nghiền nát: Vật liệu oxit được nấu chảy trong lò hồ quang điện và các thỏi nung chảy đã đông đặc được nghiền, nghiền và phân loại để sản xuất bột với sự phân bổ kích thước hạt được kiểm soát. Bột nung chảy và nghiền có hình thái góc cạnh, độ kết tinh cao và thường thô hơn - được sử dụng chủ yếu làm nguyên liệu phun nhiệt, hạt mài mòn và cốt liệu chịu lửa thay vì cho các thành phần thiêu kết.
• Phun sấy và phun nhiệt phân: Sấy phun tạo ra các hạt kết tụ hình cầu từ huyền phù bột mịn sơ cấp - đây là những loại bột hình cầu chảy tự do được sử dụng làm nguyên liệu phun nhiệt và làm hạt sẵn sàng để ép khuôn. Nhiệt phân phun chuyển đổi trực tiếp dung dịch muối kim loại hòa tan thành các hạt bột oxit hình cầu bằng cách nguyên tử hóa vào lò nóng - tạo ra các loại bột có độ cầu cao và phép cân bằng hóa học được kiểm soát.

Ứng dụng công nghiệp của loại bột gốm oxit

Bột gốm oxit đạt được ứng dụng cuối cùng thông qua một loạt các quy trình xử lý, mỗi quy trình đặt ra những yêu cầu khác nhau về đặc tính vật lý của bột. Phân tích sau đây bao gồm các lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất theo loại bột và phương pháp chế biến.

Lớp phủ phun nhiệt (Hàng không vũ trụ, Sản xuất điện, Mặc công nghiệp)

Phun nhiệt là một trong những ứng dụng có khối lượng lớn nhất đối với bột gốm oxit, đặc biệt là zirconia ổn định bằng alumina và yttria. Trong quy trình phun plasma và nhiên liệu oxy tốc độ cao (HVOF), bột gốm được bơm vào dòng khí nhiệt độ cao, nơi các hạt tan chảy hoặc làm mềm và tăng tốc về phía bề mặt, tác động và đông cứng nhanh chóng để tạo thành cấu trúc vi mô phủ lớp mỏng. Hệ thống bột YSZ 8 mol% là vật liệu tiêu chuẩn công nghiệp dành cho lớp phủ cách nhiệt (TBC) trên các cánh tuabin khí — độ dẫn nhiệt thấp của lớp phủ (2–2,5 W/m·K) và khả năng chịu biến dạng cho phép chất nền kim loại hoạt động ở nhiệt độ cao hơn giới hạn không phủ của nó. Hỗn hợp Alumina-Titania (thường là Al₂O₃ 13 wt% TiO₂) được sử dụng làm lớp phủ chống mài mòn và ăn mòn trên các bộ phận công nghiệp trong đó việc bổ sung Titania sẽ làm cứng lớp phủ so với alumina nguyên chất.

Các thành phần kết cấu và mài mòn thiêu kết

Bột alumina siêu nhỏ có độ tinh khiết cao là nguyên liệu cho các thành phần alumina thiêu kết được sử dụng trong thiết bị sản xuất chất bán dẫn (mâm cặp wafer, lớp lót buồng plasma), các bộ phận chịu mài mòn chính xác (phớt bơm, dẫn hướng ren, đế dụng cụ cắt) và chất cách điện. Bột thường được tạo thành các vật thể xanh bằng cách ép một trục, ép đẳng tĩnh lạnh (CIP), đúc băng hoặc ép phun, sau đó thiêu kết ở 1.500–1.650°C. Bột zirconia 3Y-TZP là vật liệu được lựa chọn cho mão răng và cầu răng, đầu xương đùi chỉnh hình và các bộ phận cơ khí chính xác đòi hỏi độ bền gãy cao hơn alumina có thể cung cấp.

Gốm sứ điện tử và chức năng

Bột gốm oxit đa thành phần - bao gồm bari titanate (BaTiO₃), chì zirconate titanate (PZT) và các chế phẩm ferrite khác nhau - là vật liệu hoạt động trong tụ điện, cảm biến áp điện và bộ truyền động, đầu dò và các bộ phận từ tính. Yêu cầu chất lượng đối với bột gốm điện tử nằm trong số những yêu cầu nghiêm ngặt nhất trong ngành: tính đồng nhất hóa học ở cấp độ nano, phân bố kích thước hạt rất chặt chẽ, độ tinh khiết cực cao (tạp chất ở mức ppm có thể làm thay đổi mạnh mẽ các tính chất điện môi hoặc từ tính) và phép đo lượng hóa học được kiểm soát (ngay cả những sai lệch nhỏ so với tỷ lệ cation mục tiêu cũng ảnh hưởng đến độ ổn định pha và các đặc tính chức năng).

Ứng dụng y sinh và nha khoa

Bột zirconia và alumina được sử dụng trong các ứng dụng y sinh phải đáp ứng ISO 13356 (zirconia cho cấy ghép phẫu thuật) hoặc các tiêu chuẩn tương đương quy định thành phần pha, kích thước hạt, tính chất cơ học và khả năng tương thích sinh học. Các phôi zirconia nha khoa để phay CAD/CAM được sản xuất từ ​​​​bột YSZ được làm đặc một phần, thiêu kết trước - trạng thái thiêu kết một phần cho phép phay hiệu quả trước khi thành phần được thiêu kết hoàn toàn đến mật độ cuối cùng. Bột Alumina được sử dụng cho các bề mặt ổ trục bằng gốm trên gốm, nơi khả năng chống mài mòn và khả năng tương thích sinh học tuyệt vời của nó giúp giảm việc tạo ra mảnh vụn mài mòn so với các chất thay thế kim loại trên polyetylen.

Thông số kỹ thuật chất lượng và phương pháp mô tả đặc tính

Việc chỉ định bột gốm oxit cho ứng dụng kỹ thuật đòi hỏi phải xác định một bộ toàn diện các thông số chất lượng có thể đo lường được chứ không chỉ độ tinh khiết hóa học. Một đặc điểm kỹ thuật nghiêm ngặt của bột phải bao gồm những điều sau:

• Thành phần hóa học và độ tinh khiết (ICP-OES hoặc XRF): Chỉ định tỷ lệ phần trăm độ tinh khiết tối thiểu và mức tối đa cho phép đối với các tạp chất quan trọng - đặc biệt là kim loại kiềm đối với alumina, hàm lượng hafnium đối với zirconia (quặng zirconia tự nhiên luôn chứa hafnium, phải được tách biệt về mặt hóa học cho các ứng dụng hạt nhân) và tạp chất kim loại chuyển tiếp cho gốm sứ điện tử.
• Thành phần pha (XRD): Phân tích pha định lượng bằng phương pháp sàng lọc dữ liệu XRD của Rietveld xác nhận rằng pha tinh thể chính xác có tỷ lệ chính xác - đặc biệt quan trọng đối với zirconia ổn định và gốm chức năng nhạy pha.
• Phân bố kích thước hạt (nhiễu xạ laser, D10/D50/D90): Chỉ định mục tiêu D50 và D90 tối đa cho phép để kiểm soát phần đuôi thô của phân bố, điều này ảnh hưởng không tương xứng đến tính đồng nhất của thân xanh và tính đồng nhất của quá trình thiêu kết.
• Diện tích bề mặt riêng (hấp phụ nitơ BET): Chỉ định phạm vi mục tiêu - không chỉ là mức tối thiểu - vì cả diện tích bề mặt quá thấp và quá cao đều tạo ra các vấn đề về xử lý (không đủ khả năng thiêu kết so với sự kết tụ và nhu cầu chất kết dính quá mức).
• Mật độ khối và vòi: Các phép đo này mô tả đặc tính đóng gói của bột và có liên quan trực tiếp đến tính đồng nhất của khuôn trong các hoạt động ép và dòng bột trong máy cấp liệu phun nhiệt.
• Tổn thất khi đánh lửa (LOI): Đo hàm lượng chất dễ bay hơi (nước bị hấp phụ, cặn hữu cơ, sản phẩm phân hủy cacbonat) phải được đốt cháy trước hoặc trong quá trình thiêu kết. LOI cao bất ngờ có thể gây ra hiện tượng nứt hoặc phồng rộp ở các bộ phận thiêu kết.
• Hình thái học (ảnh SEM): Kính hiển vi điện tử quét cung cấp hình ảnh trực tiếp về hình dạng hạt, cấu trúc kết tụ và kết cấu bề mặt mà không thể suy ra chỉ từ dữ liệu nhiễu xạ laser.

Những cân nhắc về xử lý, lưu trữ và an toàn

Bột gốm oxit ổn định về mặt hóa học và thường không độc hại như vật liệu khối, nhưng các hạt gốm mịn trong phạm vi kích thước có thể hô hấp (dưới 10 µm và đặc biệt là dưới 4 µm) gây ra nguy cơ sức khỏe hít phải mãn tính. Hít phải bột gốm oxit mịn trong thời gian dài - đặc biệt là tinh thể silic (thạch anh) và một số loại bột alumina mịn - có thể gây ra bệnh phổi tiến triển. Silica tinh thể được IARC phân loại là chất gây ung thư Nhóm 1. Tất cả việc xử lý bột gốm oxit mịn phải được thực hiện tuân thủ các giới hạn phơi nhiễm nghề nghiệp hiện hành (OSHA PEL, ACGIH TLV) bằng cách sử dụng các biện pháp kiểm soát kỹ thuật thích hợp (quy trình khép kín, thông gió cục bộ) và bảo vệ hô hấp (mặt nạ phòng độc P100 tối thiểu để xử lý bột mịn).

Việc bảo quản bột gốm oxit đòi hỏi phải chú ý đến độ nhạy ẩm - đặc biệt đối với magie (chất chuyển đổi thành Mg(OH)₂ trong không khí ẩm), bột zirconia được ổn định một phần và bột nano có diện tích bề mặt cao hấp thụ nước trong khí quyển nhanh chóng. Bảo quản trong hộp kín có chất hút ẩm ở điều kiện khô ráo, thoáng mát. Bột đã tiếp xúc với độ ẩm phải được sấy khô ở nhiệt độ thích hợp trước khi sử dụng trong các ứng dụng thiêu kết hoặc phun nhiệt để ngăn chặn sự hình thành hơi nước bên trong các bộ phận trong quá trình xử lý.

Bột gốm oxit cỡ nano (kích thước hạt dưới 100 nm) đưa ra những cân nhắc xử lý bổ sung liên quan đến khả năng lơ lửng trong không khí và khả năng chống kết tụ giảm của chúng. Làm việc với bột gốm hạt nano phải tuân theo các nguyên tắc tiếp xúc dành riêng cho nano, bao gồm việc sử dụng hộp găng tay hoặc vỏ dòng chảy nhiều lớp để cân và vận chuyển cũng như xử lý như chất thải nguy hại phù hợp với các quy định về chất thải hạt nano tại địa phương.