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氧化鋯耐火材料介紹

二氧化鋯(ZrO2)可由鋯精礦(或工業(yè)氧化鋯)經(jīng)過(guò)化學(xué)處理制得。ZrO2具有兩種變體。在1000℃以下是單斜晶系ZrO2(比重是5.68),在1000℃時(shí)生產(chǎn)較致密的四方晶系的ZrO2(比重是6.10)。
       二氧化鋯(ZrO2)可由鋯精礦(或工業(yè)氧化鋯)經(jīng)過(guò)化學(xué)處理制得。ZrO2具有兩種變體。在1000℃以下是單斜晶系ZrO2(比重是5.68),在1000℃時(shí)生產(chǎn)較致密的四方晶系的ZrO2(比重是6.10)。
氧化鋯
       1000℃ 單斜ZrO2 ——→ 四方ZrO2
 
       單斜ZrO2 與四方ZrO2之間的轉(zhuǎn)變是可逆的快速轉(zhuǎn)變,在冷卻過(guò)程中該轉(zhuǎn)化伴生7%的體積膨脹,易使制品產(chǎn)生開(kāi)裂。為防止這種轉(zhuǎn)變作用,必須加入穩(wěn)定ZrO2結(jié)構(gòu)接近的(晶系相同、離子半徑相近)氧化物,如CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2等可以起穩(wěn)定ZrO2的作用,能和ZrO2形成立方晶系溶體而使ZrO2穩(wěn)定下來(lái)。通常認(rèn)為,加入CaO和 MgO作為穩(wěn)定劑較好,而以CaO最有效,MgO次之。CaO的加入量通常為3%~8%或更多一些,將混合物煅燒至1700℃,可使ZrO2穩(wěn)定下來(lái)。
 
       ZrO2-CaO系立方固體溶體,雖較為穩(wěn)定,但在長(zhǎng)期加熱時(shí)亦會(huì)發(fā)生部分分解,而使ZrO2 失去穩(wěn)定作用。ZrO2-Y2O3固溶體與其他ZrO2固溶體相比,最主要優(yōu)點(diǎn)是在1100~1400℃長(zhǎng)期加熱不發(fā)生分解,但這類(lèi)氧化物稀缺,價(jià)格昂貴,只能局限于某些特殊要求的地方使用。為此,人們研究了多種符合穩(wěn)定劑,如ZrO2-MgO和ZrO2-CaO固溶體加入1%~2% Y2O3 即可顯著提高其抗熱震性。加入3%~5%Y2O3可以使固溶體完全不分解,而且具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和較低的線膨脹系數(shù)。
 
       原料中的雜質(zhì)含量對(duì)ZrO<, SPAN style="FONT-STYLE: normal; FONT-FAMILY: '宋體'; COLOR: rgb(51,51,51); FONT-SIZE: 10.5pt; VERTICAL-ALIGN: sub; FONT-WEIGHT: normal; mso-spacerun: 'yes'">2的穩(wěn)定和對(duì)熔化金屬的玷污均有很大的影響,因此欲制出優(yōu)良性能的ZrO2制品,采用高純度的原料也是很重要的。
 
       原料的粉碎是將ZrO2原料和穩(wěn)定劑按一定的配比,在橡膠襯里和金屬鋯球(或穩(wěn)定燒結(jié)ZrO2制成的球)的球磨機(jī)中共同濕粉碎到小于2μm。然后經(jīng)分離、干燥、打粉制成團(tuán)塊,并在1700℃下預(yù)燒,使之穩(wěn)定下來(lái)。再將穩(wěn)定的團(tuán)塊破碎,根據(jù)制品要求的性質(zhì)濕粉碎到要求的細(xì)度。用注漿法成型時(shí),須將球磨料用鹽酸處理后,加蒸餾水清洗。清洗時(shí)加入0.3%(濃度為10%)的阿拉伯樹(shù)膠,作為顆粒清洗的沉降劑,清洗至PH值=6~7,經(jīng)烘干(水分小于0.15%時(shí)),即可配漿澆注。也可用酸性泥漿澆注成型,其PH值=2,含水量為28%~30%,小于5μm的顆粒在90%為適宜。如用壓制法成型時(shí),須在制備好的一定顆粒和粉料的配料中加入粘結(jié)劑(磷酸、硼酸、糊精、或Zr(OH)2 等)制成坯料。成型后的磚坯經(jīng)干燥后在1700~2000℃下燒成。
 
       在氧化物制品系統(tǒng)中,ZrO2具有許多優(yōu)良特性,如熔點(diǎn)高(2700℃ ),高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大,化學(xué)穩(wěn)定性良好,高溫蒸氣壓和分解壓均較低,熱導(dǎo)率小,因而可以滿足高溫、高真空冶煉的許多純金屬和合金所需的技術(shù)要求。
 
       ZrO2坩堝的最高使用溫度可達(dá)2500℃,能成功地熔煉鉑、鈀、釕、銫等鉑族貴金屬及其合金,亦可用來(lái)熔煉鉀、鈉、石英玻璃以及氧化物和鹽類(lèi)等。ZrO2制品可用作高溫爐襯。在鑄鋼工業(yè)中,由于它不被鋼水所浸潤(rùn),在連續(xù)鑄鋼過(guò)程中已成功地用作鑄口磚。ZrO2熱電偶保護(hù)管可用來(lái)測(cè)定鋼水溫度和熔融金屬鉻的溫度,由于加入穩(wěn)定劑后因金屬離子間的價(jià)鍵不同,使固溶體形成空位,提高了高溫離子的導(dǎo)電性,因此可作為高溫爐(>2000℃)的發(fā)熱元件。此外,ZrO2 材料還可用作原子反應(yīng)堆的反射材料。因此,它在冶金、熱工及其它工業(yè)的高溫技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域中有不容忽視的重要作用。


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本文“氧化鋯耐火材料介紹”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時(shí)間:2016-07-06 09:15:31
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