打不破的氧化锆陶瓷

2010-11-01

打不破的氧化锆陶瓷

   氧化锆在大自然中存在于锆英砂中,澳大利亚和我国海南岛均有高质量的锆英砂。在不同的温度范围内,氧化锆呈现出不同的晶体结构:从室温到1170℃为单斜结构,1170—2370℃为四方结构,2370—2706℃为立方结构。这三种结构的氧化锆,比重分别为5.68、6.10和6.27。可见温度越高,比重越大。因此,在同样重量下,温度越低,体积越大。

   氧化锆从四方结构冷却到单斜结构时会有8%的体积膨胀。为避免氧化锆陶瓷在烧成时因体积变化引起开裂,须加入适量的氧化钙、氧化镁、氧化钇等氧化物作为稳定剂,以形成较稳定的四方或立方结构氧化锆。这种稳定的氧化锆陶瓷具有高耐火性能耐2000℃高温 、良好的化学稳定性高温时能抗酸性腐蚀 、较小的比热和导热系数,因此是理想的高温绝热材料。它适宜制造冶炼金属与合金用的坩埚、连续铸锭用的耐火材料、耐2000℃左右高温的电炉发热体和炉膛耐火材料,它还可用来作为氧浓差电池以及磁流体发电机组中的高温电极材料。   在克服陶瓷的脆性进程中,氧化锆相变增韧陶瓷非常令人瞩目,它正在改变着人们对陶瓷力学性能的传统看法,促进了先进陶瓷的进一步发展。

   氧化锆相变增韧陶瓷是利用氧化锆由四方结构向单斜结构转变时的效应来克服陶瓷脆性的。 氧化锆相变增韧陶瓷有多种类型。其中有一种称为部分稳定氧化锆陶瓷,是在氧化锆中加入适当的稳定剂而形成的。它由稳定的立方结构氧化锆和亚稳定的四方结构氧化锆所组成。在外应力作用下,亚稳定的四方结构转变为单斜结构,且伴随着体积膨胀,从而起到增韧作用。

   目前采用有机溶剂蒸馏法获得氧化锆超微颗粒其直径仅几十纳米 ,可在较低温度下烧结成具有微细结构的四方结构氧化锆陶瓷晶粒尺寸在1微米以下 。这种陶瓷具有高强度和高断裂韧性,适用于制造拉丝模、导辊、工夹具、刀具、耐磨部件等。   还有一种氧化锆增韧陶瓷,它是在其它陶瓷中引入氧化锆,从而达到增韧的效果。如氧化锆增韧氮化硅陶瓷,它可用于制造刀具、发动机、热机零部件等;又如氧化锆增韧氧化铝陶瓷,它可用于制造刀具、绝热发动机的某些部件等。

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