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氧化锆陶瓷_百度文库

作者:亚洲游戏    更新时间:2020-11-10 14:31

  氧化锆陶瓷_材料科学_工程科技_专业资料。.目前国内外采用的加工工艺主要有碱熔法、石灰烧结法、直接氯化法、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

  氧化锆陶瓷 一.简介 1.氧化锆的性质: (1)含锆的矿石:斜锆石(ZrO2),锆英石(ZrO2 ·SiO2); (2)颜色:白色(高纯 ZrO2) ; 黄色或灰色(含少量杂质的 ZrO2) ,常含二氧化铪杂质; (3)密度:5.65~6.27g/cm3; (4)熔点:2715℃。 (5)氧化锆具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良 性质。 2.氧化锆晶型转化和稳定化处理: 在常压下纯 ZrO2 共有三种晶态: 单斜 (Monoclinic) 氧化锆 (m-ZrO2) 、 四方 (Tetragonal) 氧化锆(t-ZrO2)和立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2) ,上述三种晶型存在于不同的温度范围, 并可以相互转化,如表 1。ZrO2 四方相与单斜相之间的转变是马氏体相变,由于四方相转 变为单斜相时有 3~5%的体积膨胀和 7~8%的切应变。 因此, 纯 ZrO2 制品往往在生产过程 (从 高温到室温的冷却过程)中会发生 t-ZrO2 转变为 m-ZrO2 的相变并伴随着体积变化而产生 裂纹,甚至碎裂,因此无多大的工程价值。但是,当加入适当的稳定剂(如 Y2O3,MgO2,CaO,CeO2 等)后,可以降低 c-ZrO2 t-ZrO2→ m-ZrO2 的相变温度,使高温稳 定的 c-ZrO2 和 t-ZrO2 相也能在室温下稳定或亚稳定存在。 当加入的稳定剂足够多时, 高温 稳定的 c-ZrO2 可以一直保持到室温不发生相变。进一步研究发现氧化锆发生马氏体相变时 伴随着体积和形状的变化,能吸收能量,减缓裂纹尖端应力集中,阻止裂纹的扩展,提高陶 瓷韧性。 因此氧化锆相变增韧陶瓷的研究和应用得到迅速发展, 氧化锆相变增韧陶瓷有三种 类型,分别为部分稳定氧化锆陶瓷;四方氧化锆多晶体陶瓷及氧化锆增韧陶瓷。 晶态 单斜(Monoclinic)氧化锆 (m-ZrO2) 四方(Tetragonal)氧化锆 (t-ZrO2) 立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2) 表1 2370℃ 在常压下纯 ZrO2 三种晶态 6.27g/cc 1200-2370℃ 6.10g/cc 温度 950℃ 密度 5.65g/cc (1)当 ZrO2 中稳定剂加入量在某一范围时,高温稳定的 c-ZrO2 通过适当温度下时效 处理使 c-ZrO2 大晶粒(c 相)中析出许多细小纺锤状的 t-ZrO2(t 相)晶粒,形成 c 相和 t 相组成的双相组织结构。其中 c 相是稳定的而 t 相是亚稳定的并一直保存到室温。在外力诱 导下有可能诱发 t 相到 m 相的马氏体相变并伴随体积膨胀,耗散部分能量、抵消了部分外 力从而起到增韧作用,称为应力诱导相变增韧。这种陶瓷称之为部分稳定氧化锆,当稳定剂 为 CaO、 MgO、Y2O3 时,分别表示为 Ca-PSZ、 Mg-PSZ、 Y-PSZ 等。 (2)当 ZrO2 中稳定剂加入量控制在适当量时可以使 t-ZrO2 以亚稳状态稳定保存到室 温,那么块体氧化锆陶瓷的组织结构是亚稳的 t- ZrO2 细晶组成的四方氧化锆多晶体称之为 四方氧化锆多晶体陶瓷(。在外力作用下可相变 t-ZrO2 发生相变,增韧不可相变的 ZrO2 基 第 1 页 共 1 页 体,使陶瓷整体的断裂韧性改善。当加入的稳定剂是 Y2O3 、CeO2,则分别表示为 Y-TZP、 Ce-TZP 等。 (3) 如果在不同陶瓷基体中加入一定量的 ZrO2 并使亚稳四方氧化锆多晶体均匀的弥散 分布在陶瓷基体中, 利用氧化锆相变增韧机制使陶瓷的韧性得到明显的改善。 这种氧化锆相 变增韧陶瓷称为氧化锆(相变)增韧陶瓷(Zirconia Toughened Ceramics,ZTC)。如果陶瓷基体 是 Al2O3 、莫来石(Mullite)等,分别表示为 ZTA、ZTM 等。 ? t-ZrO 2 (-111)? ? (111) ? ?? ? m-ZrO2 Temperature difference( C /mg) 1000 C,1h ? ? 800 C,1h o o 0.2 316.62 C 534.91 C 0.1 o o 10 C/min o ? (111) ? ? ? 600 C,1h ? ? o 400 C,1h o o 0.0 128.6 C 0 200 400 600 o o 20 25 30 35 40 45 Degrees two theta (CuK?) 50 55 800 1000 Temperature ( C) 图 3.1 图 3.2 由图 3.1 可看出 400℃时的 ZrO2 非晶馒头峰峰顶与 t-ZrO2 的具有最大峰强的(111)衍 射峰相对应。表明非晶态的近程有序结构与 t-ZrO2 的晶体结构类似。这种结构相近性,使得 非晶态 ZrO2 向 t-ZrO2 的转变只需克服较小的晶格畸变能。因此,ZrO2 凝胶中的非晶态更易 向 t-ZrO2 转变。 由图 3.2 可看出在 128.6 ℃处有较强的吸热峰,是由于水解产物中的游离水、有机溶剂 挥发或分解所致;在 316 ℃有一个放热峰,根据 XRD 衍射谱可知,这是无定形 Gel 中结晶 析出 t-ZrO2 并释放结晶潜热产生的;而 534 ℃左右的放热峰则是亚稳的 t-ZrO2→m-ZrO2 相 变形成的。 二.氧化锆陶瓷粉体的制备: 目前国内外采用的加工工艺主要有碱熔法、石灰烧结法、直接氯化法、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: 2.1 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。其形成工 艺流程图: 第 2 页 共 2 页 反应方程式为: ZrOCl2+ H2O →ZrO2+ HCl 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,反应条件较苛刻,难于实现大规模工业化生产。 2.2 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)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。工艺流程图如下图所示: 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。 2.3 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是被广泛采用的制备超细粉体的方法。它是借助于胶体分散体系的制粉方 法,形成几十纳米以下的 Zr(OH)4 胶体颗粒的稳定溶胶,再经适当处理形成包含大量水分的 凝胶,最后经干燥脱水、煅烧制得氧化锆超细粉。工艺流程图如下所示: 此法的优点:(1)粒度细微,亚微米级或更细;(2)粒度分布窄;(3)纯度高,化学组成均匀, 可达分子或原子尺度;(4)烧成温度比传统方法低 400~500℃。 缺点:(1)原料成本高且对环境有污染;(2)处理过程的时间较长;(3)形成胶粒及凝胶过 滤、洗涤过程不易控制。 2.4 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。 (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: 第 3 页 共 3 页 然后经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得 ZrO2 粉体。工艺流程图如下图所示: ZrOCl 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。工艺流程图如下图所示: 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。 三.生产工艺 3.1 氧化锆陶瓷成型工艺 目前陶瓷制备工艺的发展水平来看, 成型工艺在整个陶瓷材料的制备过程中起着承上启 下的作用, 是保证陶瓷材料及部件的性能可靠性及生产可重复性的关键, 与规模化和工业化 生产直接相关。氧化锆陶瓷成型工艺主要有以下几种: 3.1.1 等价压成型 等静压成型是在传统干压成型基础上发展起来的特种成型方法。它利用流体传递压力, 从各个方向均匀地向弹性模具内的粉体施加压力。 由于流体内部压力的一致性, 粉体在各个 方向承受的压力都一样, 因此能避免坯体内密度的差别。 等静压成型有湿袋式等静压和干袋 式等静压之分。湿袋式等静压可以成型形状较为复杂的制品,但只能间歇作业。干袋式等静 压可以实现自动化连续作业,但只能成型截面为方形、圆形、管状等简单形状的制品。等静 第 4 页 共 4 页 压成型可以获得均匀致密的坯体,烧成收缩较小且各个方向均匀收缩,但设备较为复杂、昂 贵,生产效率也不高,只适合生产特殊要求的材料。 3.1.2 干压成型 干压成型采用压力将陶瓷粉料压制成一定形状的坯体。 其实质是在外力作用下, 粉体颗 粒在模具内相互靠近,并借内摩擦力牢固地结合起来,保持一定的形状。干压生坯中主要的 缺陷为层裂, 这是由于粉料之间的内摩擦以及粉料与模具壁之间的摩擦, 造成坯体内部的压 力损失。干压成型优点是坯体尺寸准确,操作简单,便于实现机械化作业;干压生坯中水分 和结合剂含量较少, 干燥和烧成收缩较小。 它主要用来成型简单形状的制品, 且长径比要小。 模具磨损造成的生产成本增高是干压成型的不足之处。 3.1.3 注射成型 注射成型最早应用于塑料制品的成型和金属模的成型。此工艺是利用热塑性有机物低 温固化或热固性有机物高温固化, 将粉料与有机载体在专用的混练设备中混练, 然后在高压 下(几十到上百 MPa)注入模具成型。由于成型压力大,得到的坯体尺寸精确,光洁度高, 结构致密;采用专门的成型装备,使生产效率大大提高。 上世纪七十年代末八十年代初开始将注射成型工艺应用于陶瓷零部件的成型, 该工艺通 过添加大量有机物来实现瘠性物料的塑性成型, 是陶瓷可塑成型工艺中最普遍的一种。 在注 射成型技术中,除了使用热塑性有机物(如聚乙烯、聚苯乙烯) ,热固性有机物(如环氧树 脂、酚醛树脂) ,或者水溶性的聚合物作为主要的粘结剂以外,还必须加入一定数量的增塑 剂、润滑剂和偶联剂等工艺助剂,以改善陶瓷注射悬浮体的流动性,并保证注射成型坯体的 质量。注射成型工艺具有自动化程度高、成型坯体尺寸精密等优点。但注射成型陶瓷部件的 生坯中有机物含量多达 50vol%,在后续烧结过程要排除这些有机物需要很长时间,甚至长 达几天到数十天,而且容易造成质量缺陷。因此,排胶始终是制约其应用的一个关键环节, 至今尚未完全突破。 3.1.4 胶态注射成型 为解决传统注射成型工艺中有机物加入量大、排除困难等问题,清华大学创造性的提 出了陶瓷的胶态注射成型新工艺, 自主开发了胶态注射成型样机, 实现了瘠性陶瓷料浆的注 射成型。 其基本思路是将胶态成型同注射成型相结合, 利用专有的注射设备与胶态原位凝固 成型工艺所提供的新型固化技术来实现。这一新工艺,使用的有机物最多不超过 4wt.%,利 用水基悬浮体中少量的有机单体或有机化合物在注入模具后快速诱发有机单体聚合生成有 机网络骨架,将陶瓷粉体均匀包裹其中,不但使排胶时间大为缩短,同时也大大降低了排胶 开裂的可能性。 3.2 脱脂排胶 除了以干压为基础的成型技术外, 其它工艺成型的产品都要进行脱脂排胶处理后方可入炉烧 结, 因为除干压成型外的其它工艺会在成型时在锆粉里加入一定比例的塑化剂, 这些塑化剂 在产品成型后就必须去除, 不然会对烧结出的产品造成严重的品质影响。 塑化剂主要为石蜡 及其它高分子材料所构成, 要求这些材料在一定温度下表现出具有很好的塑性与流动性, 常 温下则要有一定的韧性及强度。 第 5 页 共 5 页 3.3 氧化锆陶瓷烧结工艺 氧化锆陶瓷可采用的烧结方法通常有: ⑴无压烧结,⑵热压烧结和反应热压烧结,⑶ 热等静压烧结(HIP),⑷微波烧结, ⑸超高压烧结, ⑹放电等离子体烧结(SPS),⑺原 位加压成型烧结等。常以无压烧结为主。 3.3..1 无压烧结: 无压烧结一般采用常规加热方式, 在传统电炉中进行, 是目前陶瓷材料生产中最常采用 的烧结方法。 由于纯的陶瓷材料有时很难烧结,所以性能允许的条件下,通常引入一些烧结助剂,以 期形成部分低熔点的固溶体、玻璃相或其他液相,促进颗粒的重排和粘性流动,从而获得致 密的产品,同时也可以降低烧结温度。在氧化铝的烧结中加入 TiO2、Cr2O3、Fe2O3、MnO2 等可形成固溶体,这类氧化物有与氧化物相近的晶格常数,同时是变价氧化物。由于变价作 用,使氧化铝内部产生晶体缺陷,活化晶格,促进烧结。例如:加入 0.5~1%的二氧化钛、 钛离子和铝离子的离子半径相近(钛离子半径 0,064nm、铝离子半径 0.057nm)因此钛离子 极易取代铝离子而形成二氧化钛—三氧化二铝固溶体, 并引起晶格畸变。 另外为了达到电荷 平衡,必定会留下空位,这就更有利于烧结。同时,当二氧化钛—三氧化二铝到高温时, Ti4+会还原为 Ti3+,而 Ti3+ 的离子半径更大,这使得三氧化二铝晶格的歪斜、扭曲比 Ti4+ 引起的更严重。由于 Ti4+和 Ti3+的综合作用,可使烧结温度降低 150~200 度。在 Si3N4 的 烧结中可加入适量的 MgO、Y2O3—Al2O3 稀土元素氧化物、碳化物、硅化物添加剂。 尽可能的降低粉末粒度也是促进烧结的重要措施之一。因为粉末越细,表面能越高,烧 结越容易。例如:普通二氧化钛的烧结温度为 1300~1400 度,用四乙醇钛为原料制得的粒度 为 0.3 微米的二氧化钛,其烧结温度为 1050 度,用四异丙醇钛为原料制得的粒度为 0.15um 的二氧化钛,其烧结温度为 800 度,比普通粉末降低 500 度。烧结温度的降低不仅仅使生产 容易进行,经济上合算,而且常常可以改善产品的性能。对于普通性能要求的陶瓷材料及制 品,常规烧结是最方便、经济、可行的烧结方法。但是由于陶瓷材料极难烧结,常规烧结通 常引入低温的晶间玻璃相以提高其烧结性能, 这对高温结构陶瓷来说是不利的, 而且其致密 化也受工艺限制,不能充分满足高性能产品的需求。 3.3.2热压烧结 第 6 页 共 6 页 热压烧结采用专门的热压机,在高温下单相或双相施压完成。温度与压力的交互作用 使颗粒的粘性和塑性流动加强,有利于坯件的致密化,可获得几乎无孔隙的制品,因此热压 烧结也被称为“全致密工艺”,同时烧结时间短,温度低,晶粒长大受到抑制,产品性能得到 提高。Si3N4材料的热压烧结在石墨模具中进行,温度1600~1800,压力20~30Mpa,保压时 间20~120min,整个过程在氮气气氛中进行,热压氮化硅制品密度高,气孔率接近零,弯曲 强度1000Mpa,断裂韧性5~8Mpa.M1\2,强度在1000~1100度 的高温下仍保护不下降。但是 热压烧结只能制造形状简单的制品, 同时热压烧结后微观结构具有各向异性, 导致使用性能 也具有各向异性,限制了其使用范围。此外,由于硬度高,热压制品的后续加工特别困难。 3.3.3热等静压烧结 热等静压烧结采用专门的热等静压机, 在高温下各向均匀施压完成。 由于热等静压烧结 技术对包套材料及技术要求较高, 因此通常用于制造形状简单的产品且生产效率低。 但利用 热等静压烧结气压烧结过的陶瓷制品,则不需要包套。例如:当陶瓷刀片坯体密度大于93% 时,开口气孔基本完全消除,可在坯体表面自然形成包套,因此刀片坯体可直接置于热等静 压烧结炉内进行处理。在处理过程中,以氮气作为加压介质,加压150Mpa,升温至1650度, 保温1h随炉冷却。经过热等静压烧结处理,刀片的密度可达理论密度的99.5%以上,坯体强 度在气压烧结的基础上可增加50~200Mpa,显微硬度提高0.1~0.5Gp。热等静压烧结处理前 后陶瓷刀片的性能对比见表: 热等静压烧结的产品密度均匀,机械性能优异,且各向同性,是高性能陶瓷制品的常用 烧结方法。采用无包套热等静压烧结工艺,坯体不受形状影响,特别适合复杂形状零件,且 单炉处理量大,平均成本低。但是热等静压烧结设备昂贵,一次性投资较大。 3.3.4微波烧结 微波加热与常规加热模式不同,前者是依靠微波场中介质材料的极化损耗产生本体加 第 7 页 共 7 页 热, 因此微波加热温度场均匀, 热应力小, 适宜于快速烧结。 并且微波电磁场作用促进扩散, 加速烧结过程,可使陶瓷材料晶粒细化(表2) ,有效抑制晶粒异常长大,提高材料显微结构 的均匀性。采用微波烧结ZrO2增韧莫来石,所用烧结温度仅为1350度,比其对应的常规烧结 温度降低250度以上,且微波烧结的陶瓷晶粒更细小、均匀,晶界强度更高. 微波烧结是一种“整体性”加热,由于大多数陶瓷材料对微波具有良好的透过度,因此 微波加热是均匀的, 从理论上讲, 加热速度可达300度/min 甚至更高。 但在实际加热过程中, 样品表面有辐射散热,且温度越高,热损失越大,如果没有合适的保温装置,则加热体内外 温差极大,可能导致样品烧结的不均匀,甚至严重开裂,所以要合理设计保温层,尽量减少 热量损失,改善加热均匀性。其次,在低温下,低介损物质对微波的能量几乎不吸收,必须 采用混合式加热或添加偶合剂直接烧结。 烧结的影响因素: 1:原始粉料的粒度,无论在固态或者液态的烧结中,细颗粒由于增加了烧结的推动力, 缩短了原子扩散的距离和提高颗粒在液相中的溶解度而导致烧结过程的加速。 一般烧结速率 与起始粒度的 1/3 次方成正比。 2:外加剂的作用,在固相烧结中,少量外加剂(烧结助剂)可与主晶相形成固溶体促 进缺陷增加;在液相烧结中,外加剂能改变液相的性质(如粘度、组成等),因而都能起到 促进烧结的作用。 3:烧结温度和保温时间,在晶体中晶格能越大,离子结合越牢固,离子对扩散也越困 难,所需的烧结温度也越高。但是各种晶体键合情况不同,因此烧结温度也相差很大,即使 对于同一晶体, 烧结温度也不是一个固定的值。 但是高温短时间烧结是制造致密陶瓷材料的 好方法,但还要考虑材料店传热系数,二次再结晶的温度,扩散系数等各种因数,合理制定 烧结温度。 第 8 页 共 8 页 4:盐类的选择以及煅烧条件:在通常情况下,原始配料以眼泪形式加入,经过加热后 以氧化物形式烧结。盐类具有层状结构,当其分解是这种结构往往不能完全破坏,原料盐类 与生成物之间若保持结构上的关联性, 那么盐类的种类、 分解温度和时间将影响烧结氧化物 的结构缺陷和内部应变,从而影响烧结速率与性能。 5:气氛的影响:一般地说,在由扩散控制的氧化物烧结中,气氛的影响与扩散控制因 素有关,与气孔内气体的扩散和溶解能力有关。 6:成型压力的影响,粉料成型时必须加一定的压力,除了使其有一定的形状和一定的 强度,同时也给烧结创造了颗粒间紧密接触的条件,使其烧结时扩散阻力减小。一般地说, 成型压力越大,颗粒间接触越紧密对烧结越有利。但若压力过大使粉料超过塑性变形限度, 就会发生脆性断裂。 适当的成型压力可以提高生胚的密度, 而生胚的密度与烧结体的致密化 程度有正比关系。 四.氧化锆陶瓷的应用 4.1 氧化锆结构陶瓷 由于 TZP 陶瓷具有高韧性、抗弯强度和耐磨性,优异的隔热性能,热膨胀系数接近于 金属等优点。因此 TZP 陶瓷被广泛应用于结构陶瓷领域。 其应用有:磨球;微型风扇轴心;用于光纤插件,光纤套筒,拉丝模和切割工具,耐 磨刀具,表壳及表带,高尔夫球的轻型击球棒等;大型玻璃池窑的关键部位;空心球制成各 种高级隔热砖,以代替纤维毡材料 (山东第二耐火材料厂和洛阳耐火材料研究院) ;纳米级 氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)涂层用于航空航天发动机的隔热涂层,潜艇,轮船柴油发动机 气缸的衬里等。 4.2 氧化锆功能陶瓷 氧化锆的功能陶瓷具有敏感的电性能参数, 是近几年来发展和开发应用的新材料, 主要 应用于各种传感器、第三代燃料电池和高温发热体等领域。而且 ZrO2 材料高温下具有导电 性及晶体结构存在氧离子缺位的特性, 可制成各种功能元件。 目前主要有下列几个方面的应 用: 主要用于工业生产、监控、品质检验的氧传感器;作为固体电解质来研制第三代燃料电 池——固体氧化物燃料电池;高温发热体;压电材料。 4.3 保健纺织材料 红外线 微米)是太阳光线中的一种辐射线, 属于不可见光, 红外线又 依波长大小可分成近、中、远红外线三种,在医学上指出以氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、 二氧化钛(TiO2)及三氧化钇(Y2O3)等矿物所制成的陶瓷粉末, 所吸收及激发出来的远红外线 能量最强。而波长在 4~14 微米的远红外线又称为生育光线,当人体需要散热冷却时,流汗 的生理现象产生,体表汗珠透过吸湿排汗的衣服,将热能释出,同时具有远红外线的纤维可 以加速吸湿层的干燥,并保持人体皮肤干爽,因此可被应用在康复医疗及预防保健上。 第 9 页 共 9 页 4.4 催化剂载体 ZrO2 的化学稳定性好,其表面同时具有酸性和碱性,同时拥有氧化性和还原性;它又是 P 型半导体,易于产生氧空穴,所以它作为催化剂载体可与活性组分产生较强的相互作用。 因此,近年来 ZrO2 引起了催化领域学者的广泛兴趣,在自动化、催化氢化、FT 反应催化、 聚合和氧化反应的催化及超强酸催化剂方面,ZrO2 均受到了特别的关注。现在,ZrO2 在催 化剂中的应用研究已广泛展开,除对固体超强酸催化剂、合成甲醇催化剂的研究外,还开展 了 CO 加氢的 Ru-Fe/ZrO2、 La-Fe/ZrO2 催化剂及加氢制低碳烯烃的 Fe2O3/ZrO2 催化剂 的研究。在甲醇合成催化剂的研究方面,采用超临界干燥法制备 ZrO2 载体制甲醇催化剂的 研究,取得了较好的效果。估计在不长的时间里 ZrO2 将在催化剂领域得到广泛应用。 4.5 耐火材料 ZrO2 作为耐火材料主要用在大型玻璃池窑的关键部位, 早期用的耐火材料 ZrO2 含量约 33~35%,经电熔后成电熔 ASZ。日本旭硝子公司制成含 ZrO294~ 95%的锆质耐火材料, 在 2450℃下电熔系国际首创,它可以用于玻璃窑顶部和其他关键部位。尽管成本大幅度上 升,但由于池窑寿命增长,经济效益也还是明显的。 ZrO2 经熔化、喷吹后可以制成大小不同的 ZrO2 空心球,用它制成各种高级隔热砖,可 代替纤维毡材料, 以避免人们耽心的“陶纤”老化后的粉化的“污染”问题。 山东第二耐火 材料厂和洛阳耐火材料研究院均生产 ZrO2 空心球。 ZrO2 在其他高温耐火领域的应用也非常广泛,但因为成本的缘故,较多地应用在高附 加价质的耐火产品,像钢水流嘴、喷嘴、阀门、高温纤维等。 第 10 页 共 10 页

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