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如何解決氧化鋯的不穩定性問題？

2017-08-08 09:48:42 作者：本網整理來源：粉體網分享至：

氧化鋯具有耐高溫、耐化學腐蝕、抗氧化、耐磨、熱膨脹系數大以及熱容和導熱系數小等特性，因此決定了它是一個非常理想的高溫耐火材料、研磨材料和高溫隔熱材料。

一、什么是二氧化鋯的不穩定性？

二氧化鋯還具有馬氏體相變的特性，這是二氧化鋯被用來提高陶瓷材料的韌性和耐火材料熱震穩定性的重要依據。單斜二氧化鋯不能直接用來制造制品，在溫度發生變化時會產生相結構的轉變：

這是一個可逆的相轉變過程。常溫下，ZrO2 只能是單斜相，當用鋯鹽煅燒，達到 650 ℃時，出現穩定的四方相，繼續升高時四方相逐步轉變為單斜相，再繼續升溫至 830 ℃時， ZrO2 又開始向四方相轉變，至1200 ℃時，完全轉變為四方相，溫度升至2300 ℃時轉變為立方相；當溫度降低時，逐步轉化為四方相，到室溫時，變為穩定的單斜相。單斜二氧化鋯在830～1 200 ℃的轉變較為復雜，會產生滯后現象。正是這種滯后現象，為二氧化鋯在陶瓷及耐火材料應用提供一個重要性能。在轉變過程中，會產生相應的體積變化，當溫度升高時，由單斜相向四方相轉變時，會使體積收縮 5%，而當溫度降低由四方相向單斜相轉變時會使體積膨脹 8%，存在的3種相結構，其熱膨脹是不一樣的。

向ZrO2中添加某些氧化物作為穩定劑，使之與 ZrO2 形成固溶體和復合體，改變晶體內部結構，形成亞穩的四方相和立方相，使其由單一的單斜相轉變成雙晶結構的四方相和立方相。這種固溶體在常溫下能保持原有的四方相和立方相，甚至在高溫下，也不會發生相轉變。在對二氧化鋯進行晶型穩定化處理時，常用的穩定添加劑有CaO，MgO，Y2O3，CeO2 和其它稀土氧化物。通過控制穩定劑的加入量，則可以得到全穩定或部分穩定的二氧化鋯。改善不穩定氧化鋯帶來的影響，往往采取以下工藝。

二、二氧化鋯的穩定化處理工藝？

電熔法

以電熔法制取穩定二氧化鋯的方法有一次電熔法和二次電熔法 2 種。一次電熔法是將鋯英石、碳粉和穩定劑按一定的配比，放入混料機中充分混合，混合料經電弧爐電熔脫硅處理，驟冷，再經破碎、熱處理后便可制成穩定的二氧化鋯。此方法制得的穩定氧化鋯雜質

含量高，致密度低。工藝路線如圖。

一次電熔法制備穩定型二氧化鋯工藝流程圖

二次電熔法是將鋯英石與碳粉按比例混勻后，經電弧爐電熔脫硅處理，驟冷，再經破碎制成單斜二氧化鋯。再將單斜二氧化鋯根據需要按比例配入某種穩定劑，混合均勻后進行第 2次電熔，電熔好后驟冷，再經破碎、熱處理后便可制成穩定的二氧化鋯。此方法制得的穩定二氧化鋯雜質含量低，致密度高。工藝路線如圖。

二次電熔法制備穩定型二氧化鋯工藝流程

固相法

固相法又稱為燒結法，通常是將二氧化鋯原料和穩定劑按一定的配比在橡膠襯里和鋯球的球磨機中共同濕粉碎到粒徑小于2μm，然后經分離、干燥、打粉制成團塊，并在1700 ℃下進行高溫固相反應，將高溫燒結塊粉碎至所需粒度即得穩定型二氧化鋯。此方法制得的穩定型 ZrO2 粒度分布廣，易混入不純的雜質。工藝路線如圖。

固相法制備穩定型二氧化鋯工藝流程

加水分解法

加水分解法的優點是不需要添加堿就可使鋯鹽和穩定劑可溶鹽的混合溶液水解，因而無有害陰離子和堿金屬離子。其又可分為鹽溶液加水分解法和烷氧化合物加水分解法。鹽溶液加水分解法是將鋯鹽與穩定劑可溶鹽的混合溶液，通過加熱進行加水分解反應，干燥煅燒所生成的膠體制得穩定性二氧化鋯。這種方法操作簡便，但能耗高，生成的粉體易團聚。工藝流程如圖。