氧化鋯制品

氧化鋯制品(zirconia products)

以純度大于99％的氧化鋯(ZrO₂)為原料，用高溫陶瓷工藝方法或其他特殊工藝方法制成的氧化物耐火材料。

性能氧化鋯熔點2700℃，莫氏硬度7，有兩種變體，1000℃以下為單斜晶系(密度5．68g／cm³)，1000℃時生成四方晶系(密度6．10g／cm³)，此晶型轉變為可逆轉變，冷卻過程中晶型轉化時伴有7％的體積膨脹，可導致制品開裂。加入穩定劑與Zr0₂生成立方晶系固溶體，可消除由上述晶型轉化帶來的體積膨脹。氧化鋯熱導率低(1000℃，2．09W／(m?K))，線膨脹系數大(25～1500℃  9．4×10^-6／℃)，高溫結構強度高，1000℃時耐壓強度可達1200～1400MPa。導電性好，具有負的電阻溫度系數，電阻率1000℃時10⁴Ω?cm，1700℃時6～7Ω?cm。化學穩定性好，2000℃以下對多種熔融金屬、硅酸鹽、玻璃等不起作用?？列詨A、碳酸鹽和各種酸(濃硫酸和氫氟酸除外)的溶液與氧化鋯不起作用。

工藝氧化鋯制品生產工藝包括：原料預處理、制粉、成型、燒結等工序。(1)原料預處理。氧化鋯原料必須進行穩定化預處理，通常采用的方法為固相合成法，即將氧化鋯原料加入一定比例的穩定劑(如CaO、MgO、Y₂0₃、Ce0₂等)，在球磨機中濕磨到小于2um的細粉，經干燥、打粉，制成團塊，在1700℃下煅燒，使之形成穩定型或半穩定型氧化鋯。預處理的方法還有常溫或高溫水解法、金屬有機化合物水解法、噴霧熱分解法和溶膠、凝膠法等。(2)制粉。將穩定化處理后的原料破碎、細磨至90％以上顆粒小于5um，其中60％～70％小于2um。(3)成型。成型方法可采用泥漿澆注法、機壓法、熱壓注法或熱等靜壓法。泥漿澆注法是將細磨后的原料用濃度為10％的鹽酸處理48h后，用蒸餾水清洗至pH=6～7，再經脫水、干燥，配成中性泥漿澆注料，在石膏模中澆注成型；也可采用pH值為2的酸性泥漿澆注。機壓法是將一定比例的顆粒料和細磨料(一般顆粒料與細磨料比例為60％～70％比40％～30％)混合，加入結合劑(如磷酸、糊精、羧甲基纖維素等)，制成坯料，在金屬模具內用壓力機成型，壓力一般為80～100MPa，或在彈性模套內用等靜壓機成型，壓力一般為100～250MPa。熱壓注法是將細粉與熱塑劑(石蠟和油酸)充分攪拌均勻后，在熱壓注機上成型，成型后的坯體需在高溫(1100℃左右)脫去石蠟等有機物。熱壓法是將細粉裝入石墨模具內，在熱壓機上同時加熱加壓，一般壓力為20～50MPa，最終溫度1400～1800℃。(4)燒結。干燥后的坯體可在中性或氧化氣氛下燒結，燒結溫度一般為1800～1950℃。

用途氧化鋯坩堝用于熔煉鉑、銠、銥等貴重金屬及合金。氧化鋯磚用于2000℃以上的高溫爐襯。氧化鋯棒體可作為發熱元件，用于氧化氣氛下2000～2200℃的高溫爐。氧化鋯固體電解質可作為快速測定鋼液、銅液及爐氣中氧含量的測氧探頭及高溫燃料電池的隔膜等。利用氧化鋯的馬氏體相變，將氧化鋯引入氧化物和非氧化物陶瓷中，可作為增韌劑，以改善陶瓷的脆性，如氧化鋯增韌氧化鋁、氮化硅等。