2010年7月25日 星期日

氧化鋯簡介www.tool-tool.com

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I. 氧化鋯簡介

氧化鋯為一耐火材料,於化學週期表上,其屬於IV族,其位於鈦(Ti)與鉿(Hf)之間,氧化鋯於1970年代於科學與技術上的了解有長足的進展,於陶瓷工業中,新型的氧化物已被廣泛成功的測試與應用至現在工業中,且做為一可靠且高性能的材料。 氧化鋯製造方式和原料來源為一重要控制因素。氧化鋯在天然礦物中,是以斜鋯石(Baddeleyite)或鋯砂(Zircon)存在澳洲、南非、中國大陸等地。由鋯砂中提煉出氧化鋯的方法有很多,但如需要做進一步純化或氯化,可使用共沉方式得到較佳的粉末或較準確的成分。

氧化锆 (ZrO2)自然界的氧化锆矿物原料,主要有斜锆石和锆英石。锆英石系火成岩深层矿物,颜色有淡黄、棕黄、黄绿等,比重4.6—4.7,硬度 7.5,具有强烈的金属光泽,可为陶瓷釉用原料。纯的氧化锆是一种高级耐火原料,其熔融温度约为2900℃它可提高釉的高温粘度和扩大粘度变化的温度范围,有较好的热稳定性,其含量为2%-3%时,能提高釉的抗龟裂性能。还因它的化学惰性大,故能提高釉的化学稳定性和耐酸碱能力,还能起到乳浊剂的作用。在建筑陶瓷釉料中多使用锆英石,一般用量为8%—12%。并为“釉下白”的主要原料,氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂,若想获得较好的钒锆黄颜料必须选用质纯的氧化锆。
纯净的氧化锆是白色固体,含有杂质时会显现灰色或淡黄色,添加显色剂还可显示各种其它颜色。纯氧化锆的分子量为123.22,理论密度是 5.89g/cm3,熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪,难以分离,但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态:单斜、四方、立方晶相。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。
  由于氧化锆材料具有高硬度,高强度,高韧性,极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能,氧化锆已经在陶瓷、耐火材料、机械、电子、光学、航空航天、生物、化学等等各种领域获得广泛的应用。

1. 純氧化鋯

純氧化鋯具有較高的熔點及較低的熱傳導性,於其他氧化物耐火材料上,其常被當作添加劑使增加其性質;於室溫下,純氧化鋯呈單斜晶相並缺乏韌性, 純氧化鋯約在攝氏1100度時會經由一種劇烈相變化而轉成正方晶相(t-phase),此時如不添加一些安定劑,就會導致整體材料脆化,而此其低強度與低韌性的性質導致其在陶瓷產業中的應用不廣且稀少,因此純氧化鋯粉末均被用來做製程配方(添加劑)用。

2. 部份安定氧化鋯 (PSZ)

當純氧化鋯添加某些相安定劑(如氧化鎂、氧化鈣、氧化釔),將使只能在高溫下才能產生安定之正方晶相(t 相)及立方晶相(c相),亦能在常溫下安定存在,而因其添加了相安定劑後,(如:氧化釔)即具有高強度、高韌性和化學抵抗力的材料,因此常被使用於結構陶瓷方面,如射出件、刀具、光纖陶瓷套圈(ferrule)等。

3. 完全安定氧化鋯 (FSZ)

完全安定氧化鋯由於較部份安定氧化鋯添加較多的安定劑(如氧化鎂、氧化鈣、氧化釔),於室溫下可完全形成立方晶相,因其高氧離子傳導性,完全安定氧化鋯亦常被氧氣偵測器及燃料電池工業(做為固態電解質)使用。

II.部份安定氧化鋯之特性

﹡高密度
﹡高硬度
﹡高破壞韌性
﹡低熱傳導性
﹡優異的耐磨耗性
﹡高衝擊強度
﹡高溫抗蝕性

III. 氧化鋯應用

﹡高密度氧化鋯磨球
﹡高溫爐用加熱器
﹡高溫耐火材
﹡固態燃料電池
﹡氧氣偵測器
﹡分鋼槽流嘴
﹡其他

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