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如何解決氧化鋯的不穩(wěn)定性問題？

2017-08-08 09:48:42 作者：本網(wǎng)整理來源：粉體網(wǎng) 分享至：

氧化鋯具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化、耐磨、熱膨脹系數(shù)大以及熱容和導(dǎo)熱系數(shù)小等特性，因此決定了它是一個非常理想的高溫耐火材料、研磨材料和高溫隔熱材料。

一、什么是二氧化鋯的不穩(wěn)定性？

二氧化鋯還具有馬氏體相變的特性，這是二氧化鋯被用來提高陶瓷材料的韌性和耐火材料熱震穩(wěn)定性的重要依據(jù)。單斜二氧化鋯不能直接用來制造制品，在溫度發(fā)生變化時會產(chǎn)生相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變：

這是一個可逆的相轉(zhuǎn)變過程。常溫下，ZrO2 只能是單斜相，當(dāng)用鋯鹽煅燒，達(dá)到 650 ℃時，出現(xiàn)穩(wěn)定的四方相，繼續(xù)升高時四方相逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕啵倮^續(xù)升溫至 830 ℃時， ZrO2 又開始向四方相轉(zhuǎn)變，至1200 ℃時，完全轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较?，溫度升?300 ℃時轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较?；?dāng)溫度降低時，逐步轉(zhuǎn)化為四方相，到室溫時，變?yōu)榉€(wěn)定的單斜相。單斜二氧化鋯在830～1 200 ℃的轉(zhuǎn)變較為復(fù)雜，會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。正是這種滯后現(xiàn)象，為二氧化鋯在陶瓷及耐火材料應(yīng)用提供一個重要性能。在轉(zhuǎn)變過程中，會產(chǎn)生相應(yīng)的體積變化，當(dāng)溫度升高時，由單斜相向四方相轉(zhuǎn)變時，會使體積收縮 5%，而當(dāng)溫度降低由四方相向單斜相轉(zhuǎn)變時會使體積膨脹 8%，存在的3種相結(jié)構(gòu)，其熱膨脹是不一樣的。

向ZrO2中添加某些氧化物作為穩(wěn)定劑，使之與 ZrO2 形成固溶體和復(fù)合體，改變晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，形成亞穩(wěn)的四方相和立方相，使其由單一的單斜相轉(zhuǎn)變成雙晶結(jié)構(gòu)的四方相和立方相。這種固溶體在常溫下能保持原有的四方相和立方相，甚至在高溫下，也不會發(fā)生相轉(zhuǎn)變。在對二氧化鋯進(jìn)行晶型穩(wěn)定化處理時，常用的穩(wěn)定添加劑有CaO，MgO，Y2O3，CeO2 和其它稀土氧化物。通過控制穩(wěn)定劑的加入量，則可以得到全穩(wěn)定或部分穩(wěn)定的二氧化鋯。改善不穩(wěn)定氧化鋯帶來的影響，往往采取以下工藝。

二、二氧化鋯的穩(wěn)定化處理工藝？

電熔法

以電熔法制取穩(wěn)定二氧化鋯的方法有一次電熔法和二次電熔法 2 種。一次電熔法是將鋯英石、碳粉和穩(wěn)定劑按一定的配比，放入混料機中充分混合，混合料經(jīng)電弧爐電熔脫硅處理，驟冷，再經(jīng)破碎、熱處理后便可制成穩(wěn)定的二氧化鋯。此方法制得的穩(wěn)定氧化鋯雜質(zhì)

含量高，致密度低。工藝路線如圖。

一次電熔法制備穩(wěn)定型二氧化鋯工藝流程圖

二次電熔法是將鋯英石與碳粉按比例混勻后，經(jīng)電弧爐電熔脫硅處理，驟冷，再經(jīng)破碎制成單斜二氧化鋯。再將單斜二氧化鋯根據(jù)需要按比例配入某種穩(wěn)定劑，混合均勻后進(jìn)行第 2次電熔，電熔好后驟冷，再經(jīng)破碎、熱處理后便可制成穩(wěn)定的二氧化鋯。此方法制得的穩(wěn)定二氧化鋯雜質(zhì)含量低，致密度高。工藝路線如圖。

二次電熔法制備穩(wěn)定型二氧化鋯工藝流程

固相法

固相法又稱為燒結(jié)法，通常是將二氧化鋯原料和穩(wěn)定劑按一定的配比在橡膠襯里和鋯球的球磨機中共同濕粉碎到粒徑小于2μm，然后經(jīng)分離、干燥、打粉制成團(tuán)塊，并在1700 ℃下進(jìn)行高溫固相反應(yīng)，將高溫?zé)Y(jié)塊粉碎至所需粒度即得穩(wěn)定型二氧化鋯。此方法制得的穩(wěn)定型 ZrO2 粒度分布廣，易混入不純的雜質(zhì)。工藝路線如圖。

固相法制備穩(wěn)定型二氧化鋯工藝流程

加水分解法

加水分解法的優(yōu)點是不需要添加堿就可使鋯鹽和穩(wěn)定劑可溶鹽的混合溶液水解，因而無有害陰離子和堿金屬離子。其又可分為鹽溶液加水分解法和烷氧化合物加水分解法。鹽溶液加水分解法是將鋯鹽與穩(wěn)定劑可溶鹽的混合溶液，通過加熱進(jìn)行加水分解反應(yīng)，干燥煅燒所生成的膠體制得穩(wěn)定性二氧化鋯。這種方法操作簡便，但能耗高，生成的粉體易團(tuán)聚。工藝流程如圖。

鹽溶液加水分解法制備穩(wěn)定型二氧化鋯工藝流程

小結(jié)

隨著耐火材料及陶瓷材料的發(fā)展，作為冶金用耐火材料和陶瓷原料，穩(wěn)定型二氧化鋯愈來愈受到人們的重視，已成為冶金、熱工以及特種陶瓷領(lǐng)域極具發(fā)展前途的重要材料。今后，應(yīng)大力開發(fā)分散性好、粒度細(xì)、粒度分布窄、成本低的穩(wěn)定型二氧化鋯粉體，以滿足其在耐火材料和特種陶瓷材料等方面的應(yīng)用要求。

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