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如何解决氧化锆的不稳定性问题?

2017-08-08 09:48:42
作者:本网整理
来源:粉体网

氧化锆具有耐高温、耐化学腐蚀、抗氧化、耐磨、热膨胀系数大以及热容和导热系数小等特性,因此决定了它是一个非常理想的高温耐火材料、研磨材料和高温隔热材料。

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    氧化锆具有耐高温、耐化学腐蚀、抗氧化、耐磨、热膨胀系数大以及热容和导热系数小等特性,因此决定了它是一个非常理想的高温耐火材料、研磨材料和高温隔热材料。


    一、什么是二氧化锆的不稳定性?

    二氧化锆还具有马氏体相变的特性, 这是二氧化锆被用来提高陶瓷材料的韧性和耐火材料热震稳定性的重要依据。单斜二氧化锆不能直接用来制造制品,在温度发生变化时会产生相结构的转变:

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    这是一个可逆的相转变过程。常温下,ZrO2 只能是单斜相, 当用锆盐煅烧,达到 650 ℃时,出现稳定的四方相,继续升高时四方相逐步转变为单斜相,再继续升温至 830 ℃时, ZrO2 又开始向四方相转变,至1200 ℃时,完全转变为四方相,温度升至2300 ℃时转变为立方相;当温度降低时,逐步转化为四方相,到室温时,变为稳定的单斜相。单斜二氧化锆在830~1 200 ℃的转变较为复杂, 会产生滞后现象。正是这种滞后现象,为二氧化锆在陶瓷及耐火材料应用提供一个重要性能。在转变过程中,会产生相应的体积变化,当温度升高时,由单斜相向四方相转变时,会使体积收缩 5%,而当温度降低由四方相向单斜相转变时会使体积膨胀 8%,存在的3种相结构,其热膨胀是不一样的。

    向ZrO2中添加某些氧化物作为稳定剂,使之与 ZrO2 形成固溶体和复合体,改变晶体内部结构,形成亚稳的四方相和立方相,使其由单一的单斜相转变成双晶结构的四方相和立方相。这种固溶体在常温下能保持原有的四方相和立方相,甚至在高温下,也不会发生相转变。在对二氧化锆进行晶型稳定化处理时,常用的稳定添加剂有CaO,MgO,Y2O3,CeO2 和其它稀土氧化物。通过控制稳定剂的加入量,则可以得到全稳定或部分稳定的二氧化锆。改善不稳定氧化锆带来的影响,往往采取以下工艺。

    二、二氧化锆的稳定化处理工艺?

    电熔法

    以电熔法制取稳定二氧化锆的方法有一次电熔法和二次电熔法 2 种。一次电熔法是将锆英石、碳粉和稳定剂按一定的配比,放入混料机中充分混合,混合料经电弧炉电熔脱硅处理,骤冷,再经破碎、 热处理后便可制成稳定的二氧化锆。此方法制得的稳定氧化锆杂质

    含量高,致密度低。工艺路线如图。

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    一次电熔法制备稳定型二氧化锆工艺流程图
 
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    二次电熔法是将锆英石与碳粉按比例混匀后,经电弧炉电熔脱硅处理,骤冷,再经破碎制成单斜二氧化锆。再将单斜二氧化锆根据需要按比例配入某种稳定剂,混合均匀后进行第 2次电熔,电熔好后骤冷,再经破碎、热处理后便可制成稳定的二氧化锆。此方法制得的稳定二氧化锆杂质含量低,致密度高。工艺路线如图。

    二次电熔法制备稳定型二氧化锆工艺流程

    固相法

    固相法又称为烧结法,通常是将二氧化锆原料和稳定剂按一定的配比在橡胶衬里和锆球的球磨机中共同湿粉碎到粒径小于2μm,然后经分离、干燥、打粉制成团块,并在1700 ℃下进行高温固相反应, 将高温烧结块粉碎至所需粒度即得稳定型二氧化锆。此方法制得的稳定型 ZrO2 粒度分布广,易混入不纯的杂质。工艺路线如图。

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    固相法制备稳定型二氧化锆工艺流程

    加水分解法

    加水分解法的优点是不需要添加碱就可使锆盐和稳定剂可溶盐的混合溶液水解,因而无有害阴离子和碱金属离子。其又可分为盐溶液加水分解法和烷氧化合物加水分解法。盐溶液加水分解法是将锆盐与稳定剂可溶盐的混合溶液,通过加热进行加水分解反应,干燥煅烧所生成的胶体制得稳定性二氧化锆。这种方法操作简便,但能耗高, 生成的粉体易团聚。工艺流程如图。

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    盐溶液加水分解法制备稳定型二氧化锆工艺流程

    小结

    随着耐火材料及陶瓷材料的发展,作为冶金用耐火材料和陶瓷原料,稳定型二氧化锆愈来愈受到人们的重视, 已成为冶金、热工以及特种陶瓷领域极具发展前途的重要材料。今后,应大力开发分散性好、粒度细、粒度分布窄、成本低的稳定型二氧化锆粉体,以满足其在耐火材料和特种陶瓷材料等方面的应用要求。
 

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责任编辑:殷鹏飞


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标签: 氧化锆, 不稳定性, 高温隔热材料

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