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氧化锆陶瓷概述

氧化锆陶瓷概述

纯氧化锆一般为白色,含杂质时呈黄色或灰色,通常含有少量的氧化铪,不易分离。世界上已探明的锆资源约为1900万吨,氧化锆通常是由锆矿石提纯制得。在常压下纯氧化锆共有三种晶态:单斜氧化锆、四方氧化锆和立方氧化锆,上述三种晶型存在于不同的温度范围,并可以相互转化。

常温下氧化锆只以单斜相出现,加热到1100℃左右转变为四方相,加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化,冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化,容易造成产品的开裂,限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后,四方相可以在常温下稳定,因此在加热以后不会发生体积的突变,大大拓展了氧化锆的应用范围。市场上用来做稳定剂的原料主要是氧化钇。

一、物理性能

纯氧化锆的分子量为123.22,理论密度是5.89g/cm³,熔点为2715℃,一般的变形温度达2200℃。

氧化锆陶瓷具有硬度高、耐磨性好、韧性高、摩擦系数低等优点,氧化锆陶瓷的耐磨性是氧化铝陶瓷的15倍。广泛应用于机械密封件、球磨介质、切削刀具、陶瓷轴承、汽车发动机零部件、纸机脱水器材等。

氧化锆在相变过程中,将要发生3%~5%的体积变化,其结果是在裂纹尖端的周围产生微小的裂纹,这是材料韧性增加的表现。因此,氧化锆的相变将促成材料强度的提高以及韧性的增加。这一特性使它在陶瓷材料中成为一种非常有效的强化和增韧的添加物,由此构成了系列的氧化锆增韧陶瓷。

二、化学性能

氧化锆陶瓷具有良好的化学性质,是一种弱酸性氧化物,化学性能稳定,除硫酸和氢氟酸外,对其他酸、碱及碱熔体、玻璃熔体和熔融金属都具有良好的稳定性。

三、材料的加工性能

氧化锆陶瓷的成型有干压成型、等静压成型、注浆成型、热压铸成型、流延成型、注射成型、塑性挤压成型、胶态凝固成型等。

氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体,主要有氯化和热分解法、碱金属氧化分解法、石灰熔融法、等离子弧法、沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。

四、使用情况

氧化锆陶瓷的耐磨性是氧化铝陶瓷的15倍,氧化锆陶瓷的摩擦系数仅为氧化铝陶瓷的1/2,而本身氧化铝陶瓷的摩擦系数非常低。另外氧化锆陶瓷的韧性又极好,克服了陶瓷本身所固有的脆性,耐磨性更高,产品使用寿命极大延长,由于氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性,优异的隔热性能,热膨胀系数接近于钢等优点,因此被广泛应用于结构陶瓷领域:主要制作切削工具、发动机内的所有构件、钢厂盛钢水设备、军工、航天航空应用件等高科技耐件、抗磨损件、防腐蚀件。

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