CN102245512A - 具有平滑表面的陶瓷珠及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是提供一种陶瓷珠的制造方法，其中，在无需使用包括诸如DC等离子体/射频等离子体的组合或两级射频等离子体等复杂工艺的情况下通过简单方法来获得具有平滑表面的陶瓷珠。另一个主题是提供这种陶瓷珠。本发明涉及如下的技术：预热后的陶瓷原料被导入到用高电压型直流(DC)等离子体枪所获得的层流的热等离子体中并被冷却和固化，收集所获得的陶瓷珠。优选地，在利用载气输送陶瓷原料的状态下，通过使原料经过供耐热性管延伸通过的炉来预热陶瓷原料，在相对于热等离子体以60°以上的排出角从热等离子体排出所获得的陶瓷珠的条件下，预热后的原料粉末被导入到热等离子体中并被热等离子体处理。由此，获得具有平滑表面并且很少具有裂纹缺陷和内部空隙缺陷的令人满意的陶瓷珠。

Description

具有平滑表面的陶瓷珠及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种适用于例如珠研磨机(bead mill)的陶瓷珠(ceramic bead)以及该陶瓷珠的制造方法。
背景技术
已知珠研磨法是用于混合和/或解聚陶瓷微粉末的技术(参见例如专利文献1)。要求珠研磨机中所用的珠具有高耐磨性以使由于珠磨损而产生的珠材料所导致的污染最小化(参见例如专利文献2和3)。
作为增强珠的耐磨性的一个方法，已经公开了利用热等离子体制造球状粉末的技术(参见例如专利文献4和5)。在该利用热等离子体制造球状粉末的技术中，由于在宽的区域中产生射频等离子体，所以主要使用射频等离子体(参见例如专利文献5、6和7)。在射频等离子体方法中，已通过高温区域的粒子在热等离子体中熔融，并大量地变成球状粉末粒子。然而，该方法具有以下问题：分布在围绕热等离子体并且供保护气体流过的区域中的粒子未熔融并且共存为具有低耐磨性的粒子。因此，例如，对以下两种方法进行了研究：在一种方法中，原料粉末被导入到直流(DC)电弧等离子体中并且在原料粉末熔融的状态下吹除原料粉末，由此将粉末引导到射频等离子体的高温部(参见例如专利文献4)，在另一种方法中，射频等离子体被配置成两级(参见例如专利文献5)。然而，这些方法不仅涉及复杂的工艺而且还具有以下缺陷：当原料粉末中具有孔隙时，粒子在熔融时爆裂或在熔融过程中形成空隙(void)，从而产生难以使粒子充分球状化的障碍。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-39773号公报
专利文献2：日本特许第2707528号公报
专利文献3：日本特开平06-183833号公报
专利文献4：日本特开昭63-250401号公报
专利文献5：日本特开平06-287012号公报
专利文献6：日本特开平06-025717号公报
专利文献7：日本特开2002-346377号公报
发明内容
发明要解决的问题
考虑上述问题而实现的本发明涉及一种很少含有爆裂粒子、很少具有空隙以及具有平滑表面的陶瓷珠，以及涉及一种利用直流(DC)热等离子体容易地制造这种陶瓷珠的方法。
用于解决问题的方案
为了克服上述问题，本发明人勤勉地进行了研究。结果，本发明人发现，具有迄今为止未能得到的令人满意的球状并且具有平滑表面的陶瓷珠可利用DC等离子体枪用于产生层流的热等离子体并且陶瓷原料的粉末被导入到该等离子体中的方法通过如下步骤来制造：在用载气(carrier gas)输送原料粉末的状态下预热原料粉末，将预热后的粉末从粉末供给口导入到热等离子体中，以在使粉末的表面熔融的状态下使原料粉末与热等离子体横切，随后冷却并固化粒子，并且用收集容器收集固化后的粒子。由此，完成了本发明。
即，本发明的主旨存在于如下的(1)至(14)中。
(1)一种氧化锆珠，其特征在于，该氧化锆珠的利用AFM、即原子力显微镜测量的表面粗糙度Ra为3.0nm以下。
(2)优选地，根据(1)所述的氧化锆珠，其特征在于，所述氧化锆珠的单斜晶含量小于1％，所述氧化锆珠的利用扫描激光显微镜测量的表面粗糙度Ry为0.3μm以下。
(3)优选地，根据(1)或(2)所述的氧化锆珠，其特征在于，在130℃-135℃、相对湿度为100％的条件下处理所述氧化锆珠12小时之后，所述氧化锆珠的单斜晶含量为10％以下。
(4)优选地，根据(1)至(3)中任一项所述的氧化锆珠，其特征在于，所述氧化锆珠的内部空隙率为10％以下。
(5)优选地，根据(1)至(4)中任一项所述的氧化锆珠，其特征在于，所述氧化锆珠的粒径的平均圆度为2.0μm以下。
(6)优选地，根据(1)至(5)中任一项所述的氧化锆珠，其特征在于，相对于由圆度和最小二乘圆心算出的正圆的平均峰高为0.4μm以下，相对于所述正圆的平均峰数为2.2个以下。
(7)一种陶瓷珠的制造方法，其包括：将陶瓷原料导入到由高电压型直流等离子体枪、即高电压型DC等离子体枪形成的热等离子体中以使所述陶瓷原料熔融；随后冷却并固化熔融的粒子，所述方法的特征在于，所述热等离子体形成层流，并且处于预热状态的所述陶瓷原料从粉末供给口被导入到所述热等离子体中。
(8)优选地，根据(7)所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，预热后的所述陶瓷原料以与所述热等离子体横切的方式导入。
(9)优选地，根据(7)或(8)所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，相对于所述热等离子体的行进方向以60°以上的角度排出所述陶瓷珠。
(10)优选地，根据(7)至(9)中任一项所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，在利用载气输送所述陶瓷原料的状态下，通过使所述陶瓷原料经过供耐热性管延伸通过的炉来预热所述陶瓷原料。
(11)优选地，根据(10)所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，所述耐热性管由如下材料中的任一种制成：石英玻璃、莫来石、氧化铝和氧化锆。
(12)优选地，根据(7)至(11)中任一项所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，所述粉末供给口位于所述DC等离子体枪的外侧。
(13)优选地，根据(7)至(12)中任一项所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，在水中收集所述陶瓷珠。
(14)优选地，根据(7)至(13)中任一项所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，所述陶瓷原料是氧化锆。
发明的效果
根据本发明，容易由陶瓷原料粉末获得具有平滑表面的球状陶瓷珠。此外，即使当原料粉末中具有孔隙时，粉末粒子也不易于爆裂。因此，可以以高的生产率有效地获得具有令人满意形状的陶瓷珠。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的概略图。
图2是示出实施例1中所用的原料的示例的图。
图3是示出在实施例1中制造的部分稳定的氧化锆珠的图。
图4是通过将图3二值化而得到的图。
图5是示出在实施例6中制造的部分稳定的氧化锆珠的图。
图6是示出在比较例1中制造的部分稳定的氧化锆珠的图。
图7是示出排出角的测量例的图。
图8是示出珠的截面的示例的图。
具体实施方式
以下详细说明本发明的氧化锆珠。
本发明的氧化锆珠的利用AFM(原子力显微镜(atomicforce microscope))所测量的表面粗糙度(Ra)(该表面粗糙度在下文中被称为Ra(AFM))为3.0nm以下。在氧化锆珠的Ra(AFM)超过3.0nm的情况中，氧化锆珠的表面是粗糙的并且易于被磨蚀。由此，这种珠的耐磨性降低。
顺便提及，Ra(AFM)是由中心线表面粗糙度、中心线平均粗糙度等表示的值，并且是由根据JIS(B0601-2001)的方法所确定的值。
本发明的氧化锆珠为球状。因此，优选地，应当利用AFM测量远小于珠的直径的范围，并且应当校正斜度和曲率以确定关于线粗糙度或面积粗糙度的Ra(AFM)。优选的测量范围如下。当线粗糙度将要被测量时，测量范围优选为平均粒径的1/10至1/30的长度。当面积粗糙度将要被测量时，测量范围优选为各边的长度均为平均粒径的1/10至1/30的正方形区域。
优选地，本发明的氧化锆珠的单斜晶含量应小于1％。优选地，氧化锆珠应基本上不具有单斜晶。在氧化锆的单斜晶含量为1％以上的情况中，珠含有单斜晶的比例太高，在珠用作粉碎介质等时易于发生相变。因此，这种粒子易于变脆。
优选地，本发明的氧化锆珠的利用扫描激光显微镜所测量的表面粗糙度(Ry)应为0.30μm以下。在氧化锆珠的表面粗糙度(Ry)超过0.30μm的情况中，氧化锆珠的表面太粗糙并且易于被磨蚀。由此，这种珠的耐磨性降低。更优选地，氧化锆珠的表面粗糙度(Ry)应为0.25μm以下。
顺便提及，表面粗糙度(Ry)是由Rmax、面积粗糙度、最大高度等表示的值，并且是由根据JIS(B0601-2001)的方法所确定的值。
然而，由于珠为球状，所以，优选地，应当利用扫描激光显微镜测量远小于珠的直径的范围，并且应当校正斜度和曲率以确定关于线粗糙度或面积粗糙度的Ry。优选的测量范围如下。当线粗糙度将要被测量时，测量范围优选为平均粒径的1/10至1/30的长度。当面积粗糙度将要被测量时，测量范围优选为各边的长度均为平均粒径的1/10至1/30的正方形区域。
此外，优选地，本发明的氧化锆珠的利用扫描激光显微镜所测量的表面粗糙度Ra应为0.04μm以下。在氧化锆珠的表面粗糙度Ra超过0.04μm的情况中，氧化锆珠的表面太粗糙并且易于被磨蚀。由此，这种珠的耐磨性降低。
顺便提及，Ra是由中心线表面粗糙度、中心线平均粗糙度等表示的值，并且是由根据JIS(B0601-2001)的方法所确定的值。可由利用扫描激光显微镜等所测量的线粗糙度或面积粗糙度计算Ra。
优选地，本发明的氧化锆珠在130℃-135℃、相对湿度为100％的条件下进行水热劣化试验12小时之后的单斜晶含量应为10％以下。水热劣化试验之后单斜晶含量超过10％的珠在用作粉碎介质等时稳定性差，并且在使用期间易于破裂或损坏。由此，这种珠的混合和/或解聚性能降低。
优选地，本发明的氧化锆珠的内部空隙率应为10％以下。在氧化锆珠的内部空隙率超过10％的情况中，氧化锆珠的强度降低并且易于破裂或损坏。由此，这种珠的混合和/或解聚性能降低。术语“内部空隙率”是指5μm以上的空隙的含量。
优选地，本发明的氧化锆珠的粒径的圆度的平均值(下文中被称为平均圆度)应为2.0μm以下。氧化锆珠的平均圆度尤其优选为1.9μm以下。此外，优选地，相对于正圆的峰高的平均值(下文中被称为平均峰高)应为0.4μm以下，并且，相对于正圆的峰的平均数量(下文中被称为平均峰数)应为2.2个以下。平均峰高和平均峰数超过以上值的珠的形状变形。当这种珠例如用作珠研磨机的粉碎介质时，珠彼此摩擦的频率增大，从而会增加杂质的产生。氧化锆珠的圆度可由根据JIS(B7451)的方法确定。
优选地，本发明的氧化锆珠的JIS(R1620)所规定的粒子密度应为6.00g/cm3以上。氧化锆珠的粒子密度尤其优选为6.05g/cm3以上，更优选为6.10g/cm3以上。在氧化锆珠的粒子密度低于6.00g/cm3的情况中，在珠中存在大量的空隙和低密度缺陷。由此，这种珠在用作粉碎介质等时易于破裂或损坏。
优选地，本发明的氧化锆珠的平均粒径应为10μm至200μm。在平均粒径小于10μm的珠例如用作珠研磨机的粉碎介质的情况中，需要长时间混合和/或解聚陶瓷微粉末，从而导致粉碎效率下降。另一方面，平均粒径超过200μm的珠太大，从而难以混合和/或解聚陶瓷微粉末。从令人满意地混合和/或解聚陶瓷微粉末的观点出发，本发明的氧化锆珠的平均粒径优选为10μm至100μm，尤其优选为10μm至80μm。
优选地，氧化锆珠的粒径应当均一。从该观点出发，粒径的标准偏差优选小于4.0μm，尤其优选为3.5μm以下。
优选地，本发明的氧化锆珠应为部分稳定的氧化锆并且应含有氧化钇。
氧化锆珠易于具有内部结晶在不同方向上取向的结构，即所谓的畴(domain)结构(双晶结构)。尽管该结构的细节不清楚，但是，该结构是陶瓷珠已经受了等离子体处理的特征，并且该结果被认为是通过使处于被等离子体熔融的状态的陶瓷珠快速冷却而产生的。因此，在诸如仅进行了机械抛光的陶瓷珠等未进行等离子体处理的陶瓷珠中不能观察到畴结构。
下面详细说明本发明的制造方法。
本发明的陶瓷珠的制造方法是如下的陶瓷珠的制造方法，该方法包括：将陶瓷原料导入到利用DC等离子体枪形成的热等离子体中以使陶瓷原料熔融，然后冷却和固化熔融的粒子，该方法的特征在于，热等离子体形成层流，并且处于预热状态的陶瓷原料从与热等离子体基本上垂直的粉末供给口导入到热等离子体中。
图1概略性示出本发明的陶瓷珠的制造方法。
本发明中所用的术语“层流”是指在陶瓷原料的粉末(下文中被称为“原料粉末”)熔融的热等离子体区域中的气流具有与设备壁(反应管)的轴线始终平行的流线。通常，流速朝向设备壁(反应管)变小，而在设备的中心最大，并且易于产生流速分布。当流体接收到来自管壁的摩擦力时产生这种分布。在紊流发生器的情况下，产生从大到小的各种尺寸的漩涡，以形成激流。
本发明中所使用的DC等离子体枪可以是通常的高电压型DC等离子体枪。例如，可以使用由Aeroplasma有限公司制造的APS7050等。
在本发明的方法中，重要的是，热等离子体应处于层流状态。通过使用高电压型DC等离子体枪以及通过将等离子气体的流量调小，可获得具有层流的等离子流(jet)。处于该状态的等离子体在空气中具有与15cm-50cm一样长的长度。
优选地，将要用于本发明的DC等离子体枪应为高电压型。与通常的DC等离子体枪在热喷射期间的30V-80V的等离子体电压相比，这种高电压型DC等离子体枪在热喷射期间的等离子体电压为100V以上，尤其优选为100V-250V。通过延长阴极和阳极之间的距离可获得这种高电压。
用于获得本发明的层流的气体流量根据设备的尺寸而改变。然而，优选地，氩气的流量(图1中的109和111的总和)应当减小到例如10SLM以下，并且氮等离子气体的流量(图1中的110)应当减小到例如10SLM以下。
通常，将等离子气体的流量减小为小的值导致等离子气体的冷却效果降低，由此导致电极寿命缩短。然而，在高电压型DC等离子体枪中，由于用于获得相同电力的等离子体电流低，所以，减小等离子气体的流量对电极寿命的影响有限，并且，即使在空气中也获得层流的热等离子体。
本发明中的层流的热等离子体的产生方法的示例包括以下方法。例如，在图1中，首先使氩气109在阴极112侧流动，并且借助于等离子体电源115产生阴极侧热等离子体。接着，使氩气111在阳极114侧流动，并且借助于辅助电源116产生阳极侧热等离子体。此外，使诸如氮、空气、氩、氢等等离子气体110流动以将阴极侧热等离子体连接到阳极侧热等离子体，由此产生使原料熔融所需的热等离子体。
在APS7050用作DC等离子体枪以产生层流的热等离子体的情况中，优选的条件包括：氩气109的流量为3SLM以下、氩气111的流量为3SLM以下，氮等离子气体110的流量为7SLM以下。为了增加热能，可以添加氢气。
用于产生热等离子体的反应管中的气氛并不受特别限制，氧气气氛、惰性气体气氛、空气等是可适用的。空气是足够的。
在本发明中，预热后的原料粉末被导入到热等离子体中。
只要原料粉末在被导入到热等离子体中时被预热到给定温度，则用于预热原料粉末的方法以及用于将预热后的粉末导入到热等离子体中的方法不受限制。例如，在图1中，通过使粉末经过电气的、气体的、红外线的或其他的炉105来加热原料粉末，其中耐热性管118延伸通过上述炉105，加热后的粉末从由相同的耐热性材料制成的粉末供给口102导入到热等离子体103中。
优选地，耐热性管的材料应为石英玻璃、莫来石(mullite)、氧化铝或氧化锆。尤其优选使用不易于产生杂质的石英玻璃。
原料粉末的预热温度优选为400℃以上，尤其为500℃以上，更优选为800℃以上。在预热温度低于400℃的情况中，难以缓解原料粉末在被热等离子体急剧加热时受到的热冲击。如此获得的陶瓷珠的表面易于具有裂纹。当这种陶瓷珠用于珠研磨机时，该陶瓷珠由于其表面的凹凸而易于降低强度以及降低耐磨性。另一方面，只要预热温度为500℃以上，可进一步缓解热冲击，由此可获得适于珠研磨机的陶瓷珠。当预热温度为800℃以上时，该效果显著。
预热温度的上限并不受特别限制。然而，优选地，使用不超过供原料粉末导入的热等离子体的温度的预热温度。在预热温度太高的情况中，原料粉末在刚要被导入到热等离子体中之前处于被过度加热的状态，于是，借助于热等离子体的加热和熔融不充分。
此外，优选地，当根据本发明的预热后的原料粉末被导入到热等离子体中时，应当以原料粉末与热等离子体横切的方式导入原料粉末。通过将原料粉末导入到形成层流的热等离子体中以及通过使导入的粉末与热等离子体横切，原料粉末可被瞬时加热熔融并且原料粉末的表面可被平滑化。此外，原料粉末的加热时间可被更加精确地调节，并且，可防止原料粉末被过度熔融。
在本发明中，在使原料粉末与热等离子体横切的情况中，已被加热熔融的原料粉末可容易地从热等离子体排出。因此，在该情况中，无需用于截止热等离子体的气体吹出。
在本发明中用于以原料粉末与热等离子体横切的方式导入原料粉末的方法并不受特别限制。然而，优选地，从被布置在热等离子体附近的与热等离子体基本垂直的粉末供给口导入原料粉末。
这里使用的术语“基本垂直”表示导入的原料粉末与热等离子体横切所必需的角度，即以原料粉末横过由等离子体所形成的层流的方向的方式导入原料粉末的角度。由于该角度根据热等离子体的状态改变，所以不能无条件地规定该角度。例如，在图1中，层流的热等离子体103竖直向下喷射，粉末供给口102被水平地布置以将原料粉末导入到等离子体中。然而，可以使用如下的构造：层流的热等离子体103沿水平方向喷射，粉末供给口102被竖直向下地布置以将原料粉末导入到等离子体中。可选择地，可以使用包括成角度配置的条件。重要的是，采用使原料粉末能够与热等离子体横切的角度。
在本发明中，优选地，相对于热等离子体的行进方向排出已与热等离子体横切的陶瓷珠的排出角为60°以上。更优选地，排出角为70°以上。
在排出角小于60°的情况中，原料粉末长时间滞留在热等离子体中。结果，粒子易于爆裂，或者易于形成诸如具有空隙的陶瓷珠等缺陷陶瓷珠。由此获得的陶瓷珠的耐磨性降低。即使当从与热等离子体的行进方向垂直(90°)的方向导入陶瓷原料粉末时，由于原料粉末的矢量相对于热等离子体的行进方向倾斜，所以所获得的陶瓷珠的排出角最大为90°。
这里的术语“排出角”是指原料粉末在与热等离子体横切之后的排出方向与热等离子体的行进方向之间的角度，并且是可由正被排出的陶瓷珠的轨迹和热等离子体测量的角度。
正被排出的陶瓷珠的轨迹和热等离子体可由诸如照片等拍摄图像来确定。优选地，使用示出正被排出的原料粉末粒子的拍摄图像、通过使拍摄图像二值化而获得的图像等。在图7中，热等离子体(701)构成沿着箭头所示的方向的层流。层流的行进方向和与层流的行进方向平行的方向之间的角度被设为0°，该方向和原料粉末在与热等离子体横切之后的排出方向之间的角度(702)是排出角。
关于原料被导入到等离子体中的角度，迄今为止研究了如下的技术：以直角或基于上述方向以±45°的范围中的角度导入原料(例如，参见专利文献)。然而，这些技术旨在增大处理量或延长在等离子体中的滞留时间，待处理的材料被供给到尾焰(tail flame)区域中。相反，本发明中规定的因素是原料的排出角。在本发明的方法中，排出角意味着已供给的原料粉末短时间内通过高温等离子体并由此被等离子体处理，并且意味着防止被处理的材料长时间滞留在尾焰中。
在本发明中，优选地，粉末供给口的位置应位于热等离子体的附近并位于DC等离子体枪主体的外侧。该位置防止原料粉末滞留在DC等离子体枪中，或者防止滞留在枪中的原料粉末再次进入到等离子体中，由此，可在避免污染的情况下稳定地操作设备。
从产生热等离子体的位置到粉末供给口的距离(图1中的117)优选在5cm至10cm的范围中。通过调节该距离，可精确地控制加热。
优选地，在本发明中，当预热后的原料粉末将要被导入到热等离子体中时，应通过利用载气输送原料粉末来导入原料粉末。例如，在图1中，原料粉末被装载到粉末供给器101中，利用载气100运送到粉末供给口102，从粉末供给口102导入到层流的热等离子体103中。
作为载气，可使用氩气、氮气、氦气或空气。
在从粉末供给口喷射的载气的流速方面，载气的流速优选为50m/秒-400m/秒，更优选为80m/秒-250m/秒。在载气的流速低于50m/秒的情况中，用于供给原料粉末的管中易于发生堵塞。在载气的流速超过400m/秒的情况中，原料粉末的加热不充分。相反，只要载气的流速为80m/秒-250m/秒，则几乎不发生管内堵塞以及加热不充分等问题。
顺便提及，利用下式(1)导出载气的流速：
X＝(X1×106/60)×(X2+273)/(293×3.14×X32/4)/1000  (1)
其中，X是载气的流速(m/秒)；X1是载体供给量(L/分)；X2是预热温度(℃)；X3是用于输送原料粉末的管的内径(mm)。
此外，式(1)中的数值273、293和3.14分别指绝对温度(K)、通常温度(K)和圆周率。
因此，当载气例如以8L/分的量被供给到内径为2mm并被加热到800℃的管中时，载气的流速为大约160m/秒。
在本发明中，已与热等离子体横切的原料粉末处于熔融粉末状态，该熔融粉末被冷却并固化然后被收集为陶瓷珠。
在本发明中，可使从热等离子体排出的熔融粉末以其现在的样子自然落下。结果，熔融粉末冷却并固化，从而可获得具有平滑表面的陶瓷珠。在陶瓷珠将要通过自然落下而收集的情况中，优选地，从粉末供给口到收集容器的底部的距离应为30cm至100cm。在该距离小于30cm的情况中，冷却不充分从而导致过热的问题。大于100cm的距离导致收集效率下降。
根据本发明，为了收集陶瓷珠，优选地，使用缓解陶瓷珠在落下时受到的冲击的方法。尤其优选使用通过使陶瓷珠落入到水中来收集陶瓷珠的方法。通过如此缓解收集时的冲击，可防止所形成的陶瓷珠破裂。
收集所必需的水量取决于珠的尺寸和重量。然而，能够缓解陶瓷珠在落下时受到的冲击的量可以是足够的。例如，在分批处理的情况中，优选地，使用如下的量的水：在收集了所有的陶瓷珠之后，水面在所收集的陶瓷珠的上方。在连续处理的情况中，流动的水可以被导入到收集容器中并能从收集容器排出，以连续地取出陶瓷珠。
此外，在根据本发明的陶瓷珠的收集方法中，优选地，仅收集已与热等离子体横切的陶瓷珠。在已被导入到热等离子体中的原料粉末的一部分在不与热等离子体横切的状态下随着热等离子体的层流流动并熔融的情况中，这些原料粉末粒子长时间滞留在热等离子体中，从而易于发生诸如破裂的粒子以及具有空隙的陶瓷珠等缺陷。这些粒子的耐磨性低，优选地，所收集的陶瓷珠不应包含这些粒子。
仅收集已与热等离子体横切的陶瓷珠的方法包括收集容器被布置在粉末供给口相对于热等离子体的中心的相对侧的技术。例如，在图1中，收集容器106被布置在粉末供给口102相对于热等离子体103的中心的相对侧。通过如此布置收集容器，可仅收集已与热等离子体横切的令人满意的陶瓷珠。
优选地，收集容器应具有耐热性并且应由不锈钢制成。此外，从防止所生成的陶瓷珠附着于收集容器的角度考虑，优选地，收集容器的表面应涂覆有树脂。
根据本发明的方法，可制造均为球状并且具有平滑表面的陶瓷珠。
由本发明制造的陶瓷珠的材料可以是任意的氧化材料。所述氧化材料的示例包括氧化铝、氧化锆、二氧化硅、莫来石、氧化钇和钛酸钡。尤其优选地，所述材料应为氧化锆。在制造用于珠研磨机的陶瓷珠的情况中，优选采用具有与待粉碎材料相同的成分的陶瓷，或者采用诸如部分稳定的氧化锆等硬且不易破裂的材料。
优选地，用作由本发明制造的陶瓷珠用原料的粉末应为通过对陶瓷的粉末造粒而获得的粉末。造粒方法并不受特别限制。然而，优选诸如喷雾干燥、液中造粒、滚动造粒等适于制造球状粉末的造粒方法。
在诸如氧化铝、二氧化硅或莫来石等具有较低熔点的陶瓷材料用作原料粉末的情况中，可以采用通过粉碎陶瓷块而获得的粉末。
用作由本发明所制造的陶瓷珠用原料的粉末的直径取决于最终制造的陶瓷珠的直径。然而，可以使用直径为大约10μm至200μm的原料粉末。
实施例
下面将参照实施例和比较例详细说明本发明，但是本发明不应被理解为被限制于这些实施例。
对本发明所获得的陶瓷珠进行以下评价。
(内部空隙率的测量)
通过对陶瓷珠的截面进行SEM观察来测量内部空隙率。在对截面的SEM观察中，5μm以上的孔被认为是空隙，空隙的存在比例被认为是内部空隙率。对400个粒子进行观察以测量内部空隙率。
(平滑珠的比例的计算)
通过对陶瓷珠的表面进行SEM观察而计算平滑珠的比例。在对表面的SEM观察中，表面未熔融的珠以及表面未充分熔融和表面未平滑化的珠被认为是有缺陷的。从所有已观察到的陶瓷珠的比例中减去这些缺陷珠的比例，所得到的值被认为是平滑珠的比例。对100个粒子进行观察以算出平滑珠的比例。
(磨损性的评价)
利用分批珠研磨装置(RMB-01型、由AIMEX有限公司制造)评价所制造的陶瓷珠的磨损性。将110克所获得的陶瓷珠和45cc的纯水导入到由氧化锆制成的、具有100cc的容量并且能够被调节成具有18℃的温度的研磨容器中，并且以2000rpm的搅拌速度搅拌30小时。
搅拌后，除去陶瓷珠，回收剩余的搅拌液并用电感耦合等离子体发射光谱法(下文中被称为“ICP”)测量该剩余的搅拌液以确定搅拌液中存在的氧化锆的量。
(水热劣化试验)
在水热劣化试验中，使用高压锅(TPC-212M、由TABAIESPEC公司制造)在132℃、相对湿度为100％的条件下处理氧化锆珠12小时。处理期间的压力为1.7MPa-2.0MPa，温度和湿度的控制精度为3％。
(单斜晶含量的测量)
用X-射线粉末衍射法(XRD)测量氧化锆珠，在所获得的衍射图中在2θ＝28.2°、30.2°、31.2°处出现的峰被认为是与单斜晶和正方晶对应。此外，算出各峰的面积，利用下式计算单斜晶含量。
[数学式1]
Figure BPA00001387874000161
Figure BPA00001387874000162
单斜晶峰的面积(2θ＝28.2°)
St，c(101)：正方晶峰的面积(2θ＝30.2°)
Sm(111)：单斜晶峰的面积(2θ＝31.2°)
(平均粒径的测量)
以如下方式进行测量。使用由Nanosystem公司制造的NanoHunter NS2K-Pro对在SEM观察中获得的直径放大500倍的照片进行图像分析。将各拍摄图像的明暗部二值化以将图像分成珠部和基部。
在二值化中，颜色比构成图像背景的基部亮或暗的珠部被抽出，使用白色和黑色分开地示出抽出的部分和背景。通过利用给定亮度作为阈值对整个图像等同地二值化的方法来执行二值化。
为了消除测量值的波动以获得精确的评价，利用扫描显微镜以给定间隔在预定范围内对珠照相，并收集珠图像。所测量的珠数量为大约50个；不完整珠图像、即位于边缘的不完整珠图像以及由于珠重叠而导致的不完整珠图像被除去，从而仅对完整珠图像进行图像分析。
在图像分析之后，测量珠的平均直径。在该测量中，通过二值化而获得的珠部被分离成圆，并求出各分离后的圆的直径以获得珠的平均粒径。
(粒子密度的测量)
通过JIS(R1620)中规定的比重瓶法测量粒子密度。测量容器的质量用mp1表示，将珠放置到该容器中后的质量用mp2表示。随后，乙醇作为浸渍液被导入到该容器中，使得珠被完全浸渍。该容器被放置到真空容器中以进行脱气。向脱气后的容器中额外导入给定量的乙醇，该容器的质量用mp3表示。此外，从容器取出珠和乙醇，然后仅向容器中导入给定量的乙醇。该状态中的容器的质量用mp4表示。使用比重计和温度计算出乙醇的比重ρL，并利用下式计算粒子密度。
[数学式2]
Figure BPA00001387874000181
(平均圆度、平均峰高和平均峰数的测量)
使用根据JIS(B7451)的图像分析软件以如下方式测量圆度。首先，由一个二值化后的珠的圆周上的数据求出最小二乘圆心，并且圆度曲线的和所测量的圆度曲线的最大半径和最小半径相对于最小二乘圆心的差被认为是圆度。此外，与最小二乘圆心对应并且具有由该圆度求出的直径的圆被认为是正圆，珠圆周上的数据超出该正圆的区域被定义为峰。测量各珠的峰的高度和数量。测量20个以上的珠，这些珠的平均值被认为是平均圆度、平均峰高和平均峰数。
(表面粗糙度的测量)
利用扫描激光显微镜(VK-8500，由Keyence公司制造)通过根据JIS(B0601-2001)的方法测量珠的表面粗糙度Ra和Ry。具体地，将珠样品分散并固定到带(tape)上，测量包括各样品珠的顶点的区域。对顶点的中央区域，进行除去珠的球状倾斜弯曲的处理，随后算出3μm见方面积的面积粗糙度。绘出所获得的圆度曲线的平均线，在平均线的方向上对于具有基准长度(3μm)的区域将曲线从该平均线偏离的绝对值相加并平均。该平均值被认为是Ra。此外，距离平均线的最高峰的高度与距离平均线的最低谷的深度的总和被认为是Ry。为了消除测量值的波动，测量20个以上的珠，并求出珠的平均值。
除了利用AFM(原子力显微镜；由Veeco公司制造的Nano Scope IIIa)作为测量设备进行测量之外，以与利用扫描激光显微镜测量Ra的方式相同的方式算出利用AFM(原子力显微镜)测量的表面粗糙度(Ra(AFM))。
(排出角的测量)
在由已与热等离子体横切的原料粉末形成陶瓷珠之后排出该陶瓷珠的轨迹被照相，并且对所得到的图像测量排出角。
通过以1毫秒的快门速度对正在从热等离子体排出的陶瓷珠进行照相而获得用于测量的图像。由于正在排出的陶瓷珠的轨迹分布在一定范围内，所以，与层流的热等离子体成最大角度的轨迹和热等离子体之间的角度被测量作为排出角。
图7示出了排出角的测量示例。在各实施例和比较例中，由八幅这样的图所获得的平均值被认为是排出角。
实施例1
使用图1所示的设备构造制造陶瓷珠。
通过由液中造粒法造粒以及通过烧结而获得的、平均粒径为50μm、含氧化钇(3摩尔％)的部分稳定的氧化锆粉末作为原料被导入到粉末供给器101。在以3.0SLM的流量供给氩气109、以2SLM的流量供给氩气111、以6SLM的流量供给由氮和添加到氮中的20％的氢构成的等离子气体110以及供给24kW(160V×150A)的电力的状态下，产生层流的热等离子体。
随后，利用载气100、借助于粉末供给器101、以20g/分的速度将原料粉末供给到内径为2mm的石英管118中，其中，载气100是以6SLM导入的氮，石英管118被布置在长度为1mm、温度被调节到1000℃的管状电炉105中。加热后的原料粉末被运送到粉末供给口102，该粉末供给口102被布置成使得距等离子体产生位置的距离117为8cm，原料粉末以与等离子体103横切的方式被导入到层流的等离子体103中，由此被熔融。使用式(1)将载气的流速评估为140m/秒。
以与热等离子体横切的方式被导入的原料粉末从热等离子体排出并变成熔融粉末104，使从热等离子体排出的熔融粉末按其现在的样子自然落下。该熔融粉末的排出角为72°。利用不锈钢容器106收集排出的熔融粉末104，该不锈钢容器106的直径为45cm，深度为15cm，并且在该不锈钢容器106中放置有深度为10cm的纯水。导入原料粉末的位置和收集容器的底部之间的距离为50cm。
以如上所述的方式供给粉末10分钟，并通过过滤和干燥取出由此所获得的部分稳定的氧化锆珠。
利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。图2示出了示出原料粉末粒子的表面的图。图3示出了示出通过熔融所获得的某些部分稳定的氧化锆珠的表面的图。图4示出了通过对图3进行二值化所获得的图。
原料粉末由变形的球状粉末粒子构成，并且在原料粉末的表面观察到微细粒子。珠表面的大部分微细粒子由于熔融而消失，从而表面被平滑化。由此获得更加均一的球状，平滑珠的比例为95％以上。既观察不到由于热冲击而产生的表面裂纹缺陷也观察不到由于热冲击而产生的珠破裂。内部空隙率为2％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为0.1ppm，其中0.1ppm为检测界限。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为50μm(标准偏差，3.7μm)，粒子密度为6.10g/cm3。珠的平均圆度为1.7μm，平均峰高为0.39μm，平均峰数为2.0个。对于珠表面的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.02μm和0.16μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为2.0nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为8％。
实施例2
除了以4SLM导入氮载气100之外，在与实施例1中的条件相同的条件下供给粉末10分钟。使用式(1)将在该操作中喷射的载气的流速评估为90m/秒，并且排出角为71°。通过过滤和干燥取出所获得的部分稳定的氧化锆珠。
利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。结果，发现，珠表面的大部分微细粒子由于熔融而消失，从而表面被平滑化。由此获得更加均一的球状，平滑珠的比例为95％以上。既观察不到由于热冲击而产生的表面裂纹缺陷也观察不到由于热冲击而产生的珠破裂。内部空隙率为5％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为0.1ppm，其中0.1ppm为检测界限。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为48μm(标准偏差，2.1μm)，粒子密度为6.08g/cm3，平均圆度为1.8μm，平均峰高为0.39μm，平均峰数为2.2个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.02μm和0.16μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为2.0nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为9％。
实施例3
除了以10SLM导入氮载气100之外，在与实施例1中的条件相同的条件下供给粉末10分钟。使用式(1)将在该操作中喷射的载气的流速评估为230m/秒。通过过滤和干燥取出所获得的部分稳定的氧化锆珠。
利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。结果，发现，珠表面的大部分微细粒子由于熔融而消失，从而表面被平滑化。由此获得更加均一的球状，平滑珠的比例为95％以上。既观察不到由于热冲击而产生的表面裂纹缺陷也观察不到由于热冲击而产生的珠破裂。内部空隙率为3％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为0.1ppm，其中0.1ppm为检测界限。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为48μm(标准偏差，3.4μm)，粒子密度为6.11g/cm3，平均圆度为1.9μm，平均峰高为0.40μm，平均峰数为2.0个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.02μm和0.16μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为2.2nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为10％。
实施例4
除了以15SLM导入氮载气100之外，在与实施例1中的条件相同的条件下供给粉末10分钟。使用式(1)将在该操作中喷射的载气的流速评估为350m/秒。通过过滤和干燥取出所获得的部分稳定的氧化锆珠。
利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。结果，发现，尽管观察到微量的未熔融的粒子，但是珠表面的大部分微细粒子由于熔融而消失，从而表面被平滑化。由此获得更加均一的球状，平滑珠的比例为90％以上。既观察不到由于热冲击而产生的表面裂纹缺陷也观察不到由于热冲击而产生的珠破裂。内部空隙率为2％。此外，使用分批珠研磨机来评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为0.2ppm。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为48μm(标准偏差，2.5μm)，粒子密度为6.12g/cm3，平均圆度为1.9μm，平均峰高为0.40μm，平均峰数为2.2个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.03μm和0.20μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为2.4nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为10％。
实施例5
除了以6SLM导入氮载气100并且管状电炉的设定温度被改变到600℃之外，在与实施例1中的条件相同的条件下供给粉末10分钟。使用式(1)将在该操作中喷射的载气的流速评估为100m/秒，并且排出角为70°。通过过滤和干燥取出所获得的部分稳定的氧化锆珠。
利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。结果，发现，尽管观察到微量的未熔融的粒子，但是珠表面的大部分微细粒子由于熔融而消失，从而表面被平滑化。由此获得更加均一的球状，平滑珠的比例为90％以上。既观察不到由于热冲击而产生的表面裂纹缺陷也观察不到由于热冲击而产生的珠破裂。内部空隙率为5％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为0.2ppm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为8％。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为49μm(标准偏差，3.5μm)，粒子密度为6.08g/cm3，平均圆度为1.8μm，平均峰高为0.39μm，平均峰数为2.0个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.03μm和0.20μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为2.6nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为8％。
实施例6
除了以6SLM导入氮载气100并且管状电炉的设定温度被改变到400℃之外，在与实施例1中的条件相同的条件下供给粉末10分钟。使用式(1)将在该操作中喷射的载气的流速评估为70m/秒，并且排出角为69°。通过过滤和干燥取出所获得的部分稳定的氧化锆珠。
利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。结果，发现，尽管观察到微量的未熔融的粒子，但是珠表面的大部分微细粒子由于熔融而消失，从而表面被平滑化。由此获得更加均一的球状，平滑珠的比例为80％以上。观察到少量由于热冲击而产生的表面裂纹缺陷和由于热冲击而产生的珠破裂。内部空隙率为10％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为6ppm。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为49μm(标准偏差，3.3μm)，粒子密度为6.05g/cm3，平均圆度为1.9μm，平均峰高为0.46μm，平均峰数为2.0个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.04μm和0.25μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为3.0nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为8％。
实施例7
除了以1.8SLM喷射氩气111、粉末供给口102被布置成使得距等离子体产生位置的距离117为7cm、以及加热后的原料粉末被运送到粉末供给口102、以与等离子体103横切的方式被导入到层流的等离子体103中并由此被熔融之外，在与实施例1中的条件相同的条件下供给原料粉末10分钟。所获得的熔融粒子的排出角为75°。通过过滤和干燥取出所获得的部分稳定的氧化锆珠。
利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。结果，发现，珠表面的大部分微细粒子由于熔融而消失，从而表面被平滑化。由此获得更加均一的球状，平滑珠的比例为99％以上。既观察不到由于热冲击而产生的表面裂纹缺陷也观察不到由于热冲击而产生的珠破裂。内部空隙率为1％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为0.01ppm。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为50μm(标准偏差，4.3μm)，粒子密度为6.12g/cm3。珠的平均圆度为1.7μm，平均峰高为0.35μm，平均峰数为2.0个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.01μm和0.10μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为1.5nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为6％。
图8示出了所获得的氧化锆珠中的一个氧化锆珠的截面。本发明的氧化锆珠的内部具有畴结构，在该畴结构中，结晶在不同方向上取向。在图8中，珠具有由畴801构成的结构，该畴801被聚集在一起使得结晶在成120°的不同方向上取向。各黑线802是畴之间的交界。
实施例8
除了以1.6SLM喷射氩气111、粉末供给口102被布置成使得距等离子体产生位置的距离117为7cm、以及加热后的原料粉末被运送到粉末供给口102、以与等离子体103横切的方式被导入到层流的等离子体103中并由此被熔融之外，在与实施例1中的条件相同的条件下供给原料粉末10分钟。通过过滤和干燥取出所获得的部分稳定的氧化锆珠。
利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。结果，发现，珠表面的大部分微细粒子由于熔融而消失，从而表面被平滑化。由此获得更加均一的球状，平滑珠的比例为98％以上。既观察不到由于热冲击而产生的表面裂纹缺陷也观察不到由于热冲击而产生的珠破裂。内部空隙率为1％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为0.03ppm。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为50μm(标准偏差，4.5μm)，粒子密度为6.11g/cm3。珠的平均圆度为1.7μm，平均峰高为0.35μm，平均峰数为2.0个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.01μm和0.10μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为1.7nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为0％，并且在水热劣化试验之后其单斜晶含量为7％。
比较例4
除了以6SLM导入氮载气100以及所供给的粉末未被预热之外，在与实施例1中的条件相同的条件下供给原料粉末10分钟。被导入到层流的等离子体103中的原料粉末并不与等离子体横切而是承载于热等离子体，然后从热等离子体排出，使所获得的熔融粉末以其现在的样子自然落下。使用式(1)将在该操作中喷射的载气的流速评估为30m/秒，并且排出角为58°。通过过滤和干燥取出所获得的部分稳定的氧化锆珠。
图6示出通过热喷射获得的某些部分稳定的氧化锆珠的SEM照片。利用SEM观察所获得的珠的表面和截面。结果，发现，珠表面的大约一半的微细粒子由于熔融而变得不可见，从而表面被平滑化。平滑珠的比例为50％以上。其余的珠由于由急剧加热导致的热冲击而形成很多裂纹，并且含有许多已显著膨胀且直径已改变的粒子和许多已破裂的珠。内部空隙率为22％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为32ppm。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为51μm(标准偏差，4.0μm)，粒子密度为5.90g/cm3，平均圆度为1.9μm，平均峰高为0.42μm，平均峰数为2.2个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.05μm和0.42μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为5.0nm。氧化锆珠的单斜晶含量为0％。然而，在水热劣化试验之后氧化锆珠的单斜晶含量增加到12％。
比较例2
利用射频等离子体处理所供给的原料粉末。
利用SEM观察所获得的珠的表面和截面。结果，发现，珠表面的大约一半的微细粒子由于熔融而变得不可见，从而表面被平滑化。平滑珠的比例为60％以上。其余的珠由于由急剧加热导致的热冲击而形成很多裂纹，并且含有许多已显著膨胀且直径已改变的粒子和已破裂的珠。内部空隙率为15％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为6ppm。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为50μm(标准偏差，4.7μm)，粒子密度为6.05g/cm3，平均圆度为2.0μm，平均峰高为0.42μm，平均峰数为2.4个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.04μm和0.29μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为6.0nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为1％，并且在水热劣化试验之后氧化锆珠的单斜晶含量为16％。
比较例3
在不使原料粉末通过热等离子体的情况下处理所供给的原料粉末。利用SEM观察珠的表面和截面。结果，没有观察到平滑珠。内部空隙率为1％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为240ppm。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为48μm(标准偏差，2.1μm)，粒子密度为6.05g/cm3，平均圆度为2.3μm，平均峰高为0.43μm，平均峰数为2.7个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.05μm和0.41μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为28.0nm。氧化锆珠的单斜晶含量为4％。然而，在水热劣化试验之后氧化锆珠的单斜晶含量为26％。
原料粉末的单斜晶含量为4％，而本发明的氧化锆珠的单斜晶含量为0％。于是，发现，原料粉末中所含有的单斜晶在本发明的氧化锆珠中消失。
比较例4
将原料粉末放置到容器中并在不使该粉末通过热等离子体的情况下进行抛光处理。利用SEM观察所获得的部分稳定的氧化锆珠的表面和截面。结果，发现所有珠的表面均被大致均一地平滑化。
内部空隙率为1％。此外，评价珠的磨损性，结果，发现氧化锆的量为0.2ppm。
部分稳定的氧化锆珠的平均粒径为51μm(标准偏差，4.0μm)，粒子密度为6.05g/cm3。珠的平均圆度为2.5μm，平均峰高为0.48μm，平均峰数为2.8个。对于珠的表面粗糙度，均通过利用扫描激光显微镜观察而测量的Ra和Ry分别为0.03μm和0.21μm，通过利用AFM观察而测量的Ra(AFM)为4.0nm。此外，氧化锆珠的单斜晶含量为1％，并且在水热劣化试验之后氧化锆珠的单斜晶含量为7％。
通过抛光处理的平滑化导致利用激光显微镜测量的Ra的值小。然而，由此所获得的氧化锆珠的Ra(AFM)的值大，并且该氧化锆珠的表面没有以数纳米级被平滑化。
实施例1至8和比较例1至4中所获得的结果被归纳到表1中。
Figure BPA00001387874000301
虽然已经参照本发明的具体实施方式详细说明了本发明，但是，对于本领域技术人员而言明显是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种改变和变形。
本申请2008年12月11日提交的日本专利申请(申请号2008-316211)、2009年2月10日提交的日本专利申请(申请号2009-028151)和2009年8月31日提交的日本专利申请(申请号2009-199874)为基础，这些日本专利申请的内容通过引用包含于此。
产业上的可利用性
本发明的陶瓷珠的制造方法能够提供可在诸如用于混合和/或解聚陶瓷微粉末的粉碎介质等需要强度和耐磨性的用途中使用的陶瓷珠。因此，本发明具有显著的工业价值。
附图标记的说明
100：载气
101：粉末供给器
102：粉末供给口
103：层流的热等离子体
104：表面熔融的粉末
105：炉
106：收集容器
107：水(纯水)
108平滑化的陶瓷珠
109：氩气
110：等离子气体
111：氩气
112：阴极
113：辅助阴极
114：阳极
115：电源
116：辅助电源
117：等离子体熔融距离
118：耐热性管
701：热等离子体
702：排出角
801：畴
802：畴之间的交界

Claims (14)

1.一种氧化锆珠，其特征在于，该氧化锆珠的利用AFM、即原子力显微镜测量的表面粗糙度Ra为3.0nm以下。
2.根据权利要求1所述的氧化锆珠，其特征在于，所述氧化锆珠的单斜晶含量小于1％，所述氧化锆珠的利用扫描激光显微镜测量的表面粗糙度Ry为0.3μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的氧化锆珠，其特征在于，在130℃-135℃、相对湿度为100％的条件下处理所述氧化锆珠12小时之后，所述氧化锆珠的单斜晶含量为10％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的氧化锆珠，其特征在于，所述氧化锆珠的内部空隙率为10％以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的氧化锆珠，其特征在于，所述氧化锆珠的粒径的平均圆度为2.0μm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的氧化锆珠，其特征在于，相对于由圆度和最小二乘圆心算出的正圆的平均峰高为0.4μm以下，相对于所述正圆的平均峰数为2.2个以下。
7.一种陶瓷珠的制造方法，其包括：将陶瓷原料导入到由高电压型直流等离子体枪、即高电压型DC等离子体枪形成的热等离子体中以使所述陶瓷原料熔融；随后冷却并固化熔融的粒子，所述方法的特征在于，所述热等离子体形成层流，并且处于预热状态的所述陶瓷原料从粉末供给口被导入到所述热等离子体中。
8.根据权利要求7所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，预热后的所述陶瓷原料以与所述热等离子体横切的方式导入。
9.根据权利要求7或8所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，相对于所述热等离子体的行进方向以60°以上的角度排出所述陶瓷珠。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，在利用载气输送所述陶瓷原料的状态下，通过使所述陶瓷原料经过供耐热性管延伸通过的炉来预热所述陶瓷原料。
11.根据权利要求10所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，所述耐热性管由如下材料中的任一种制成：石英玻璃、莫来石、氧化铝和氧化锆。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，所述粉末供给口位于所述DC等离子体枪的外侧。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，在水中收集所述陶瓷珠。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的陶瓷珠的制造方法，其特征在于，所述陶瓷原料是氧化锆。
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