ジルコニア系材料を撹拌脱泡機で撹拌したい

ジルコニア系材料の特性・物性

ジルコニア（酸化ジルコニウム）系材料は、ファインセラミックス分野で用いられる高比重の粉体を含むスラリーやペーストです。ジルコニア自体はセラミックスで極めて硬質であるため、分散が不十分だと粉同士がダマを形成しやすい点も特性として挙げられます。

ジルコニアは化学的には安定した酸化物で、空気中での反応性や硬化性はありません。ただし光硬化樹脂に混ぜた場合は光照射や温度による硬化が起こるため、スラリー全体では硬化性を持つシステムになります。ジルコニア系材料は「重い粉末を多量に含む高粘度スラリー」であり、撹拌にも脱泡にもチャレンジングな物性を備えています。

ジルコニア系材料の撹拌・脱泡時の注意点

ジルコニア系スラリーを扱う際は、まず沈降と分離の防止に注意します。比重差の大きい組み合わせでは、撹拌を止めた途端に重いジルコニア粉末が底に沈み、上澄みに樹脂や溶媒が分離する可能性があります。

そのため分散剤の添加やスラリー粘度を上げる工夫を行いつつ、撹拌時に微細なジルコニア粉末のダマを崩して均一分散させるかが重要です。強力なせん断力や媒体ミルを併用して分散を促進することもありますが、遊星式ミキサーによる遠心力でもある程度は解消できます。

脱泡の観点では、ジルコニアスラリー内の気泡を取り除くことが品質維持に不可欠です。造形用の光硬化性スラリーでは、気泡が混入していると造形品に欠陥が生じるため、撹拌と脱泡を施して気泡のない安定した材料特性の維持が重要です。

真空減圧下での遠心脱泡や、撹拌と真空工程を組み合わせた処理が推奨され、予期せぬ硬化反応を誘発しないように注意をしておく必要あります。必要に応じて冷却しながら撹拌し、樹脂の適温を維持することなども選択肢です。沈降防止・ダマ・気泡除去・温度管理がジルコニア材料撹拌時の主な注意点となります。

ジルコニア系材料の撹拌脱泡機の選定ポイント

ジルコニア系材料では強力な撹拌力と優れた脱泡性能を併せ持つ機器が求められます。まず撹拌容器について、粉体が重いので容器の堅牢性（肉厚の容器や金属製容器）があると安心です。また一度に処理する量は用途により変動が大きいため、容器容量に柔軟性があり、小スケールから中容量まで対応できる機種が便利です。

撹拌の回転数や加速度は、重い粉末を充分浮遊・分散させるのに十分なスペックが必要です。自転・公転式のミキサーで高Gを掛けることにより、沈降しやすい材料でも短時間で高度に分散可能です。

さらにジルコニアは硬いため、ステンレス等の金属部品と接触すると摩耗による金属コンタミ（黒点不良の原因）が発生します。容器や撹拌子にジルコニア等の耐摩耗材料を採用した機種、あるいは材料に触れない非接触方式を選ぶことで、摩耗粉の混入も抑えられます。

総合的に、ジルコニア系のようなセラミック高充填スラリーには、高速・真空・温度管理・耐久性を兼ね備えた撹拌脱泡機を選ぶべきです。

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