氧化锆材料种类及应用

      氧化锆是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损而且具有优良导电性能的无机非金属材料，20世纪20年代初即被应用于耐火材料领域，直到上世纪70年代中期以来，国际上欧美日先进国家竟相投入具资研究开发氧化锆生产技术和氧化锆系列产品生产，进一步将氧化锆的应用领域扩展到结构材料和功能材料，同时氧化锆也是国家产业政策中鼓励重点发展的高性能新材料之一，目前正广泛地被应用于各个行业中。
      氧化锆基本性能
     常压下纯的氧化锆有三种晶型，低温为单斜晶系，密度5.65g/cm³，高温为四方晶系，密度6.10g/cm³，更高温度下为立方晶系，密度6.27g/cm³，其相互间的转化关系如下：
     单斜ZrO2→(1170℃)四方ZrO2→(2370℃)立方ZrO2→(27150℃)熔体
     天然ZrO2和用化学法得到的ZrO2属于单斜晶系。单斜晶型与四方晶型之间的转变伴随有7%左右的体积变化。加热时由单斜ZrO2转变为四方ZrO2，体积收缩，冷却时由四方ZrO2转变为单斜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℃。
     由于晶型的转变产生体积变化，会造成开裂，故单纯的氧化锆陶瓷很难生产，通过实践发现加入适量的晶型稳定剂Cao、MgO、Y2O3、CeO2等和其他稀土氧化物，可以使ZrO2相变温度降低至室温以下，使高温稳定的四方和立方氧化锆在室温也能以稳定或亚稳定形式存在，形成无异常膨胀、收缩的立方、四方晶型的稳定氧化锆（FSZ）和部分稳定氧化锆（PSZ）。
      氧化锆中随着稳定剂加入量的不同，会产生不同晶型的氧化锆，相变过程中由于体积和形状的改变，能够吸收能量，减少裂纹尖端应力集中，阻止裂纹扩展，提高陶瓷是否认韧性，从此氧化锆相变增韧陶瓷的研究和应用得到了迅速的发展，主要有三种类型：部分稳定氧化锆陶瓷；四方氧化锆多晶体陶瓷；氧化锆增韧陶瓷。
     氧化锆应用领域
     氧化锆耐火材料
      氧化锆从20世纪20年代初就被应用于耐火材料领域，直至今天在耐火材料领域仍然占有一席之地。
     氧化锆坩埚
     如前所述氧化锆的熔点高达2700℃，即使加热到1900多摄氏度也不会与熔融的铝、铁、镍、铂等金属，硅酸盐和酸性炉渣等发生反应，所以用氧化锆材料制作的坩埚能成功地熔炼钾、钠、石英玻璃以及氧化物和盐类等。
     氧化锆耐火纤维
      氧化锆纤维是一种能够在1600℃以上超高温环境下长期使用的陶瓷纤维耐火材料，具有比氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等更高的使用温度和更好的隔热性能，并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、不易挥发、无污染。这些优异特性决定了氧化锆纤维是一种顶尖的高档耐火纤维材料。
     氧化锆窑炉材料
      氧化锆作为耐火材料主要用在大型玻璃池窑的关键部位，早期使用的锆质耐火材料，其氧化锆含量仅为33%～35%，日本旭硝子公司研制成功含氧化锆94%～95%的锆质耐火材料，将其使用在玻璃窑顶部和关键部位，大大提高了玻璃窑的寿命。
将氧化锆熔融、吹制后得到大小不同的氧化锆空心球，制备各种高级隔热砖，避免了陶瓷纤维老化后的粉尘污染问题，主要生产厂家有洛阳耐火材料研究院和山东磊宝锆业科技股份有限公司。
      氧化锆结构陶瓷
     1975年澳大利亚R.G.Garvie以氧化钙为稳定剂制得部分稳定氧化锆，并首次利用氧化锆马氏体相变增韧的效应，提高了韧性和强度，极大的扩展了氧化锆在结构陶瓷领域的应用。
     氧化锆研磨材料
      氧化锆磨球具有硬度大、磨损率小、使用寿命长、可大幅减少研磨原料的污染，能够很好地保证产品质量，同时氧化锆材料密度大，用做研磨介质时撞击能量强，可大大提高研磨分散效率，可有效缩短研磨时间。
     良好的化学稳定性决定了其耐腐蚀性，可以在酸性和碱性介质中使用。
      氧化锆涂层材料
      高性能Y2O3等稳定剂稳定的氧化锆热障陶瓷涂层材料，主要应用于高性能涡轮航空发动机。
      与氧化锆形成复相材料
      与其它材料复合形成的复相材料，比如氧化锆与氧化铝、莫来石等材料形成的复相材料，得到了比单相材料具有更异性的新材料。
      氧化锆发展前景
      随着现代科学技术和测试技术的发展，人类对于氧化锆的认识必将更进一步深入，氧化锆定会以新的面貌出现，近几年国内的一些公司已经能够生产高质量超细氧化锆粉体，且大部分产品出口，但是在粉料制备方面仍然整体处于较落后水平，今后的发展应朝着新功能、新应用领域方向方展，不断扩大氧化锆应用领域。
      通过以上所述发现，目前氧化锆陶瓷材料应用领域正逐渐发展到装饰陶瓷领域、珠宝首饰品领域，高档奢侈品消费领域，正沿着种类、功能多样化的趋势发展。可以想象，未来氧化锆材料将会在各个领域发挥重要作用。

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