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氧化鋯陶瓷制備和應(yīng)用領(lǐng)域介紹

氧化鋯陶瓷材料,具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化性、耐磨、熱膨脹系數(shù)大,小的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)等特性及穩(wěn)定化后的增韌特性,穩(wěn)定氧化鋯已成為耐火材料行業(yè)與特種陶瓷領(lǐng)域不容

  氧化鋯陶瓷制備和應(yīng)用領(lǐng)域介紹

  氧化鋯陶瓷材料,具有耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化性、耐磨、熱膨脹系數(shù)大,小的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)等特性及穩(wěn)定化后的增韌特性,穩(wěn)定氧化鋯已成為耐火材料行業(yè)與特種陶瓷領(lǐng)域不容忽視的重要材料。氧化鋯是一種十分重要的結(jié)構(gòu)和功能材料,它具有非常優(yōu)異的物理和化學(xué)性能,它的開發(fā)研究與應(yīng)用,引起了世界各國的高度重視,而制備分散均勻的納米級ZrO2粉體自然成為了一個重要的研究課題,也是保證其特殊性能的關(guān)鍵。納米氧化鋯粉體的性能、制備工藝方法的創(chuàng)新與改進(jìn),及納米氧化鋯的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。

氧化鋯陶瓷

  一、氧化鋯陶瓷的制備方法

  鋯產(chǎn)品的主要原料是鋯英砂,全球90%的氧氯化鋯(初級產(chǎn)品)的生產(chǎn)能力在中國。目前,國內(nèi)鋯的加工能力12萬噸/年,實際產(chǎn)量在8萬噸/年,85%以上出口,目前全球鋯市場供不應(yīng)求,目前鋯的價格大約每噸12000元,而且價格仍在不斷上漲。

  金屬鋯的外表像鋼,常溫下表面被致密的氧化物層覆蓋,但仍有金屬光澤。粉狀鋯為暗灰色。金屬鋯的熔點為1852℃,密度6.49克/厘米3。其可塑性好,易于加工成板、絲等。鋯在加熱時能大量地吸收氧、氫、氮等氣體,可用作貯氫材料。鋯的耐蝕性比鈦好,接近鈮、鉭。鋯與鉿是化學(xué)性質(zhì)歷史學(xué)相似、又共生在一起的兩個金屬,且含有放射性物質(zhì)。地殼中鋯的含量居第20位,幾乎與鉻相等。目前,自然界中具有工業(yè)價值的含鋯礦物,主要有鋯英石及斜鋯石。

  可由鋯英石與純堿共熔,用水浸出鋯酸鈉,與鹽酸作用生成二氯氧化鋯,再煅燒而制得。鋯在地殼中的含量為0.025%,超過了工業(yè)上普遍使用的銅、鋅、鉛等,自然界中存在的鋯主要以鋯英石、斜鋯石、水鋯石、曲晶石、鈉長石等礦物形式存在,其主要成份是ZrSiO4,是由ZrO2和SiO2彼此以牢固化學(xué)鍵結(jié)合而成的非常穩(wěn)定的化合物。高純度納米級氧化鋯粉體制法,則有共沉淀-水熱法、反向沉淀法以及沉淀-乳化法等工藝方法。

  二、氧化鋯陶瓷的用途

  氧化鋯具有優(yōu)異的耐熱、耐腐蝕和可塑性,除大量應(yīng)用于耐火材料外,還廣泛用于制造壓電元件、陶瓷電容器、氣敏元件、固體電解質(zhì)電池、陶瓷內(nèi)燃機(jī)引擎、光學(xué)玻璃和二氧化鋯纖維及鋯催化劑等,是2l世紀(jì)最有發(fā)展前途的功能材料之一。

  1、高韌性氧化鋯基陶瓷

  氧化鋯(ZrO2)是一種耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的無機(jī)非金屬材料。隨著電子和新材料工業(yè)的發(fā)展,除傳統(tǒng)應(yīng)用于耐火材料和陶瓷顏料外,作為電子陶瓷、功能陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和人造寶石的主要原料,在高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用日益擴(kuò)大。用化學(xué)法制備的氧化鋯超細(xì)粉,活性高,燒結(jié)性好,是制造高強(qiáng)度、高韌性氧化鋯基陶瓷的主要原料。高純二氧化鋯(化學(xué)分子式為ZrO2)陶瓷材料是國家產(chǎn)業(yè)政策中鼓勵發(fā)展的高性能新材料之一。

  氧化鋯及其制品具有優(yōu)越的物理化學(xué)性能,是現(xiàn)代高技術(shù)結(jié)構(gòu)陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、鍍膜材料、現(xiàn)代冶金用高性能耐火材料、高性能高溫隔熱材料的主要材料之一,是支撐現(xiàn)代高溫電熱裝備、航空航天器構(gòu)件、敏感元件、冶金耐火材料、玻璃熔窯用耐火材料等高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)的支柱之一。而這些領(lǐng)域的材料科學(xué)的技術(shù)水平是一個國家整體技術(shù)實力和水平的象征之一。二氧化鋯按制作工藝的不同,分為化學(xué)法二氧化鋯和電熔法二氧化鋯兩種。化學(xué)法二氧化鋯是采用氯堿化工及高溫煅燒的工藝生產(chǎn)出來的;電熔法二氧化鋯則是采用電弧爐熔煉的物理方法來制造的。

  2、精細(xì)陶瓷

  納米ZrO2明顯提高陶瓷的室溫強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度因子,從而使陶瓷的韌性成倍提高。研究結(jié)果表明:復(fù)合生物陶瓷材料具有較好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性,是一種很有應(yīng)用前景的復(fù)合型生物陶瓷材料?,F(xiàn)在國外已制備出含有ZrO2的納米羥基磷灰石復(fù)合材料,其強(qiáng)度、韌性等綜合性能可達(dá)到甚至超過致密骨骼相應(yīng)性能。在情報通信領(lǐng)域光纖連接器、電子產(chǎn)品、廚房用陶瓷等領(lǐng)域,都有不錯的應(yīng)用前景。氧化鋯主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)陶瓷、生物陶瓷和功能陶瓷,超細(xì)氧化鋯粉廣泛應(yīng)用于高技術(shù)陶瓷領(lǐng)域。

  3、鋯在航天航空工業(yè)中的用途

  氧化鋯是一種稀有金屬,具有驚人的抗腐蝕性能、極高的熔點、超高的硬度和強(qiáng)度等特性,被廣泛用在航空航天、軍工、核反應(yīng)、原子能領(lǐng)域。“神六”上使用的抗腐蝕性、耐高溫的鈦產(chǎn)品,其抗腐蝕性能遠(yuǎn)不如鋯,其熔點1600度左右,而鋯的熔點則在1800度以上,二氧化鋯的熔點更是高達(dá)2700度以上,所以鋯作為航空航天材料,其各方面的性能大大優(yōu)越于鈦。金屬鋯是核電工業(yè)不可或缺的消耗性金屬材料,國家發(fā)改委規(guī)劃到2020年我國將再建28座核電站,新增核電3000萬千瓦,核電比例由目前的2%增加到4~5%。因此,鋯作為核工業(yè)材料具有廣闊的市場前景。

  4、氧化鋯在軍事中的用途

  從軍工上來看,在鋼里只要加進(jìn)千分之一的鋯,硬度和強(qiáng)度就會驚人地捉高。含鋯的裝甲鋼、大炮鍛件鋼、不銹鋼和耐熱鋼等是制造裝甲車、坦克、大炮和防彈板等武器的重要材料。從原子能和核能上來看,鋯有突出的核能性,是發(fā)展原子能工業(yè)不可缺少的材料,我國的大型核電站普遍都用鋯材,如果用核動力發(fā)電,每一百萬千瓦的發(fā)電能力,一年就要消耗掉20到25噸金屬鋯。一艘三萬馬力的核潛艇用鋯和鋯合金作核燃料的包套和壓力管,鋯的使用量達(dá)20至30噸??捎糜谥铺沾?、搪瓷、耐火材料。


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本文“氧化鋯陶瓷制備和應(yīng)用領(lǐng)域介紹”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2022-12-17 13:52:10
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