氧化锆制品

氧化锆制品(zirconia products)

以纯度大于99％的氧化锆(ZrO₂)为原料，用高温陶瓷工艺方法或其他特殊工艺方法制成的氧化物耐火材料。

性能氧化锆熔点2700℃，莫氏硬度7，有两种变体，1000℃以下为单斜晶系(密度5．68g／cm³)，1000℃时生成四方晶系(密度6．10g／cm³)，此晶型转变为可逆转变，冷却过程中晶型转化时伴有7％的体积膨胀，可导致制品开裂。加入稳定剂与Zr0₂生成立方晶系固溶体，可消除由上述晶型转化带来的体积膨胀。氧化锆热导率低(1000℃，2．09W／(m•K))，线膨胀系数大(25～1500℃  9．4×10^-6／℃)，高温结构强度高，1000℃时耐压强度可达1200～1400MPa。导电性好，具有负的电阻温度系数，电阻率1000℃时10⁴Ω•cm，1700℃时6～7Ω•cm。化学稳定性好，2000℃以下对多种熔融金属、硅酸盐、玻璃等不起作用。苛性碱、碳酸盐和各种酸(浓硫酸和氢氟酸除外)的溶液与氧化锆不起作用。

工艺氧化锆制品生产工艺包括：原料预处理、制粉、成型、烧结等工序。(1)原料预处理。氧化锆原料必须进行稳定化预处理，通常采用的方法为固相合成法，即将氧化锆原料加入一定比例的稳定剂(如CaO、MgO、Y₂0₃、Ce0₂等)，在球磨机中湿磨到小于2um的细粉，经干燥、打粉，制成团块，在1700℃下煅烧，使之形成稳定型或半稳定型氧化锆。预处理的方法还有常温或高温水解法、金属有机化合物水解法、喷雾热分解法和溶胶、凝胶法等。(2)制粉。将稳定化处理后的原料破碎、细磨至90％以上颗粒小于5um，其中60％～70％小于2um。(3)成型。成型方法可采用泥浆浇注法、机压法、热压注法或热等静压法。泥浆浇注法是将细磨后的原料用浓度为10％的盐酸处理48h后，用蒸馏水清洗至pH=6～7，再经脱水、干燥，配成中性泥浆浇注料，在石膏模中浇注成型；也可采用pH值为2的酸性泥浆浇注。机压法是将一定比例的颗粒料和细磨料(一般颗粒料与细磨料比例为60％～70％比40％～30％)混合，加入结合剂(如磷酸、糊精、羧甲基纤维素等)，制成坯料，在金属模具内用压力机成型，压力一般为80～100MPa，或在弹性模套内用等静压机成型，压力一般为100～250MPa。热压注法是将细粉与热塑剂(石蜡和油酸)充分搅拌均匀后，在热压注机上成型，成型后的坯体需在高温(1100℃左右)脱去石蜡等有机物。热压法是将细粉装入石墨模具内，在热压机上同时加热加压，一般压力为20～50MPa，最终温度1400～1800℃。(4)烧结。干燥后的坯体可在中性或氧化气氛下烧结，烧结温度一般为1800～1950℃。

用途氧化锆坩埚用于熔炼铂、铑、铱等贵重金属及合金。氧化锆砖用于2000℃以上的高温炉衬。氧化锆棒体可作为发热元件，用于氧化气氛下2000～2200℃的高温炉。氧化锆固体电解质可作为快速测定钢液、铜液及炉气中氧含量的测氧探头及高温燃料电池的隔膜等。利用氧化锆的马氏体相变，将氧化锆引入氧化物和非氧化物陶瓷中，可作为增韧剂，以改善陶瓷的脆性，如氧化锆增韧氧化铝、氮化硅等。