氧化锆陶瓷的制备课件.ppt

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1、氧化锆陶瓷的制备及其应用主要内容1.简介2.种类特点3.粉体制备4.生产工艺5.应用简介锆在地壳中的储量超过Cu、Zn、Sn、Ni等金属的储量，资源丰富。世界上已探明的锆资源约为1900万吨（以金属锆计），矿石品种约有20种，主要含有如下几种化合物：（1）二氧化锆（单斜锆及其各种变体）；（2）正硅酸锆（锆英石及其各种变体）；（3）锆硅酸钠、钙、铁等化合物（异性石、负异性石、锆钻石）。锆的主要来源为单斜锆矿和锆英石矿，其中以锆英石矿分布最广。种类特点纯净的ZrO2为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。氧化锆有三种晶相，分别为

2、单斜晶相、四方晶相和立方晶相，三者之间的转变关系如下单斜ZrO2转变为四方ZrO2会产生7－8%的体积收缩，而逆向转变则会有相应的体积膨胀，实际生产过程中一般采用添加稳定剂（CaO、MgO、Y2O3、CeO2）的方法来制备氧化锆陶瓷材料。粉体制备锆英石的主要成分是ZrSiO4，一般均采用各种火法冶金与湿化学法相结合的工艺，即先采用火法冶金工艺将ZrSiO4破坏，然后用湿化学法将锆浸出，其中间产物一般为氯氧化锆或氢氧化锆，中间产物再经煅烧可制得不同规格、用途的ZrO2产品，目前国内外采用的加工工艺主要有碱熔法、石灰烧结法、直

3、接氯化法、等离子体法、电熔法和氟硅酸钠法等。用传统工艺制备的ZrO2是ZrO2·8H2O化合物，是制备ZrO2超细粉和其他ZrO2制品的原料。随着高性能陶瓷材料的发展和纳米技术的兴起，制备高纯、超细ZrO2粉体的技术意义重大，研究其制备应用技术已成为当前的一个热点，现在较为通用的制备技术主要有：1共沉淀法化学共沉淀法和以共沉淀为基础的沉淀乳化法、微乳液沉淀反应法的主要工艺路线是：以适当的碱液如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素等作沉淀剂(控制pH≈8~9)，从ZrOCl2·8H2O或Zr(NO3)4、Y(NO3)3（作为稳定剂

4、）等盐溶液中沉淀析出含水氧化锆Zr(OH)4(氢氧化锆凝胶)和Y(OH)3(氢氧化钇凝胶)，再经过过滤、洗涤、干燥、煅烧(600~900℃)等工序制得钇稳定的氧化锆粉体。工艺流程图如图3.1所示：此法由于设备工艺简单，生产成本低廉，且易于获得纯度较高的纳米级超细粉体，因而被广泛采用。目前国内大部分氧化锆生产企业，如九江泛美亚、深圳南玻、上海友特、广东宇田等，采用的都是这种方法。但是共沉淀法的主要缺点是没有解决超细粉体的硬团聚问题，粉体的分散性差，烧结活性低。2水解沉淀法水解沉淀法分为锆盐水解沉淀和锆醇盐水解沉淀两种方法。（

5、1）锆盐水解沉淀法是长时间地沸腾锆盐溶液，使之水解生成的挥发性酸不断蒸发除去，从而使如下水解反应平衡不断向右移动：ZrOCl2+(3+n)H2O→Zr(OH)4·nH2O+2HCl↑ZrO(NO3)2+(3+n)H2O→Zr(OH)4·nH2O+2HNO3↑然后经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得ZrO2粉体。工艺流程图如图3.2所示:ZrOCl2浓度控制在0.2～0.3mol/l。此法的优点是操作简便,缺点是反应时间较长(>48小时),耗能较大,所得粉体也存在团聚现象。（2）锆醇盐水解沉淀法是利用锆醇盐极易水解的特性,在

6、适当pH值的水溶液中进行水解得到Zr(OH)4：然后经过过滤、干燥、粉碎、煅烧得到ZrO2粉体。工艺流程图如图3.3所示：此法的优点是：(1)几乎全为一次粒子,团聚很少；(2)粒子的大小和形状均一；(3)化学纯度和相结构的单一性好。缺点是原料制备工艺较为复杂,成本较高。共沉淀法和水解沉淀法的最后工序都是煅烧,其温度越高,则粉体的晶粒度越大,团聚程度越高。这是由于煅烧升温过程当完成了从非晶态转变为晶态的成核过程以后便开始了晶粒长大阶段,并且晶粒中成晶结构单元的扩散速度随温度升高而增大,相互靠近的颗粒容易形成团聚。3水热法另一

7、种较常见的方法是水热法：在高压釜内，锆盐（ZrOCl2）和钇盐（Y(NO3)3）溶液加入适当化学试剂，在高温(>200℃)、高压(≈10MPa)下反应直接生成纳米级氧化锆颗粒，形成钇稳定的氧化锆固溶体。工艺流程图如图3.4所示:反应方程式为:其反应的机理是：溶液中反应前驱物Zr(OH)4、Y(OH)3在水热条件下达到过饱和状态，从而析出溶解度更小、更稳定的ZrO2（Y2O3）相，二者溶解度之差便是反应进行的驱动力。优点为粉料粒度极细，可达到纳米级，粒度分布窄，省去了高温煅烧工序，颗粒团聚程度小。缺点为设备复杂昂贵，反应条件

8、较苛刻，难于实现大规模工业化生产。生产工艺ZrO2精细陶瓷材料成型工艺精细陶瓷材料制备工艺是降低陶瓷制品生产成本、提高陶瓷材料可靠性和生产可重复性不能逾越的环节，它包括精细陶瓷材料的粉体制备工艺、成型工艺和烧结工艺。粉体制备、成型和烧结这三者互相联系,相互制约,相辅相承。ZrO2精细陶瓷材料成型工艺较为