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氧化锆材料种类及应用

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氧化锆材料种类及应用

发布日期:2020-10-13 作者: 点击:

  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℃。

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  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。

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