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    氧化鋯陶瓷相關知識及應用

          一、名稱:二氧化鋯陶瓷,ZrO2陶瓷,Zirconia Oxide


      二、種類及特點


      純ZrO2為白色,含雜質時呈黃色或灰色,一般含有HfO2,不易分離。世界上已探明的鋯資源約為1900萬噸,氧化鋯通常是由鋯礦石提純制得。在常壓下純ZrO2共有三種晶態:單斜(Monoclinic)氧化鋯(m-ZrO2)、四方(Tetragonal)氧化鋯(t-ZrO2)和立方(Cubic)氧化鋯(c-ZrO2),上述三種晶型存在于不同的溫度范圍,并可以相互轉化:


      溫度密度


      單斜(Monoclinic)氧化鋯(m-ZrO2)2370℃6.27g/cc


      上述三種晶態具有不同的理化特性,在實際應用為獲得所需要的晶形和使用性能,通常加入不同類型的穩定劑制成不同類型的氧化鋯陶瓷,如部分穩定氧化鋯(partiallystabilizedzirconia,PSZ),當穩定劑為CaO、MgO、Y2O3時,分別表示為Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ等。由亞穩的t-ZrO2組成的四方氧化鋯稱之為四方氧化鋯多晶體陶瓷(tetragonalzirconiapolycrystal,TZP)。當加入的穩定劑是Y2O3、CeO2,則分別表示為Y-TZP、Ce-TZP等。


      三、氧化鋯粉體的制備


      氧化鋯陶瓷的生產要求制備高純、分散性能好、粒子超細、粒度分布窄的粉體,氧化鋯超細粉末的制備方法很多,氧化鋯的提純主要有氯化和熱分解法、堿金屬氧化分解法、石灰熔融法、等離子弧法、沉淀法、膠體法、水解法、噴霧熱解法等。粉體加工方法有共沉淀法、溶膠一凝膠法、蒸發法、超臨界合成法、微乳液法、水熱合成法網及氣相沉積法等。


      四、氧化鋯陶瓷的成型


      氧化鋯陶瓷的成型有干壓成型、等靜壓成型、注漿成型、熱壓鑄成型、流延成型、注射成型、塑性擠壓成型、膠態凝固成型等。


      五、氧化鋯陶瓷的燒結


      氧化鋯陶瓷可采用的燒結方法通常有:


      (1)無壓燒結


      (2)熱壓燒結和反應熱壓燒結


      (3)熱等靜壓燒結(HIP)


      (4)微波燒結


      (5)超高壓燒結


      (6)放電等離子體燒結(SPS)


      (7)原位加壓成型燒結等。


      六、氧化鋯陶瓷的應用


      在結構陶瓷方面,由于氧化鋯陶瓷具有高韌性、高抗彎強度和高耐磨性,優異的隔熱性能,熱膨脹系數接近于鋼等優點,因此被廣泛應用于結構陶瓷領域。主要有:Y-TZP磨球、分散和研磨介質、噴嘴、球閥球座、氧化鋯模具、微型風扇軸心、光纖插針、光纖套筒、拉絲模和切割工具、耐磨刀具、表殼及表帶、高爾夫球的輕型擊球棒及其它室溫耐磨零器件等。


      在功能陶瓷方面,其優異的耐高溫性能作為感應加熱管、耐火材料、發熱元件使用。氧化鋯陶瓷具有敏感的電性能參數,主要應用于氧傳感器、固體氧化物燃料電池(SolidOxideFuelCell,SOFC)和高溫發熱體等領域。Zr02具有較高的折射率(N-21^22),在超細的氧化鋯粉末中添加一定的著色元素(V205,Mo03,Fe203等),可將它制成多彩的半透明多晶Zr02材料,像天然寶石一樣閃爍著絢麗多彩的光芒,可制成各種裝飾品。另外,氧化鋯在熱障涂層、催化劑載體、醫療、保健、耐火材料、紡織等領域正得到廣泛應用。

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