氧化锆讲课稿.ppt

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1、氧化锆1975年以来，ZrO2陶瓷逐步受到许多国家的重视，80年代席卷全球的“陶瓷热”就是以ZrO2陶瓷为研究对象的，20多年来，具有种种性能的ZrO2陶瓷和以ZrO2为相变增韧物质的复合陶瓷迅速发展，成为国内外的研究热点。目前普遍采用的工艺制备方法有机械方法（其中包括球磨法、振动法、搅拌法、气流磨）、共沉淀法（酸性共沉淀法、盐水溶液加水分解法等）、盐类分解合成法（喷雾干燥法、火焰喷雾干燥法、等离子法、激光合成法等等）、加水分解法（溶胶-凝胶法、醇盐分解法）。它们各自有自己的特点。其中溶胶-凝胶法是一种比较成熟的制备ZrO

2、2纳米粉体的方法。氧化锆陶瓷斜锆石（ZrO2）锆英石（ZrO2●SiO2）纯氧化锆粉呈黄色或者灰色高纯氧化锆粉呈白色熔点2715℃天然矿物单斜ZrO2四方ZrO2立方ZrO2液相1000℃1200℃2370℃2715℃由单斜相向四方相转化时会伴随有7%左右的体积变化。加热时由单斜-ZrO2→四方-ZrO2，体积收缩。冷却时由四方-ZrO2→单斜-ZrO2，体积膨胀。但这种收缩与膨胀并不发生在同一温度，前者约在1200℃，后者约在1000℃。7.3.2氧化锆陶瓷7.3.2.1氧化锆晶体结构与相结构m-ZrO2(5.65)1

3、000℃t-ZrO2(6.10)2370℃c-ZrO2(6.27)图7.3ZrO2的差热分析曲线图7.4ZrO2－Y2O3二元相图10002000CTMT+CM+CPSZFSZTZP99％ZrO2950℃预烧10001200稳定化氧化锆部分稳定化氧化锆纯氧化锆为了消除体积变化带来的破坏作用，通常在纯氧化锆中加入适量立方晶型氧化物，这类氧化物的金属离子半径与Zr4+相近。如：Y2O3、MgO、CaO、CeO。与氧化锆形成立方固溶体，避免体积变化。MfAsAfAsAfMfMs单斜四方相变四方单斜转变1600℃烧结1400

4、℃烧结图7.4ZrO2－Y2O3二元相图10002000CTMT+CM+CPSZFSZTZP稳定化氧化锆（FSZ）：由于Y2O3加入量较高，使得相图中的氧化锆完全处于立方相区，冷却后形成立方氧化锆。完全不出现四方及单斜相部分稳定氧化锆（PSZ）：Y2O3的加入量使得氧化锆在高温下处于四方和立方相的并存区，冷却后其中的四方相备亚稳保存下来。亚稳定氧化锆（TZP）：Y2O3的加入量使得高温下氧化锆全部为四方相，冷却后四方氧化锆全部亚稳存在（1）电熔合成法（工业纯YSZ）使用锆英石（98％），按需要配入稳定剂Y2O3，CaO，M

5、gO在电炉中熔融或者使氧化锆熔融分解，除去SiO2得到结晶块，经过粉碎、分选得到氧化锆粉末。锆英石稳定剂炭粉混合电熔骤冷破碎热处理稳定氧化锆锆英石炭粉混合电熔骤冷破碎热处理稳定氧化锆加稳定剂混合电熔骤冷一次电熔法二次电熔法7.3.2.2稳定氧化锆粉料制取（2）碱熔融法（高纯氧化锆）600-1000℃锆英石加入NaOH或Na2CO3ZrSiO4+4NaOHNa2ZrO3+Na2SiO3+2H2O(600~1000℃)水解形成水合氢氧化锆，硫酸浸出纯化形成浓的锆氧基硫酸盐，加氨水获得Zr5O8（SO4）·xH2O沉积，再在7

6、00～1300℃煅烧获得单斜氧化锆细粉。纯度达到99.5％（3）高温合成碱熔融法制备的的氧化锆与氧化钇球磨，压坯1400～1800℃保温4～6h进行稳定化，再次进行粉碎球磨烘干过筛得到各种粒度粉料。7.3.2.2稳定氧化锆粉料制取7.3.2.3稳定氧化锆制备为了改善工艺性能可以采用在不同温度下稳定化的混合粉为原料，例如将高于1700℃稳定的粉料与1450℃稳定的粉料混合，加入适当的粘合剂，采用注浆成型后在中性或者氧化性气氛下1650℃－1850℃保温2－4hr烧成，粗颗粒多则体积收缩小，细颗粒多，则产品密度高。有时为了降低

7、烧结温度，加入Al2O3。由于稳定氧化锆具有很高的膨胀系数，为了提高制品的抗热震性，有时加入部分稳定的氧化锆或在稳定的氧化锆中加入未稳定的氧化锆配料。7.3.2.3稳定氧化锆的性质纯氧化锆的熔点为2715℃，加入15mo1％MgO或CaO后熔点为2500℃。在0~1500℃内热膨胀系数约为(8.8~11.8)10－6／℃，热导率1.6~2.03W·m-1·℃-1。烧结后稳定氧化锆约含有5％的气孔，密度5.6g／cm3，莫氏硬度7，其弹性模量比氧化铝小的多，约为1.7105MPa(氧化铝约为3.7105MPa)。7.3

8、.2.4稳定氧化锆用途稳定氧化锆耐火度高，比热与导热系数小，是理想的高温隔热材料，可以用做高温炉内衬，也可作为各种耐热涂层，改善金属或低耐火陶瓷的耐高温、抗腐蚀能力。稳定氧化锆化学稳定性好，高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀。但不能抵抗碱性物质的腐蚀。周期表中第Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ族金属元素与其不发生反应，可以用来