氧化锆陶瓷应用及制备技术

1、2021/8/21 氧化锆陶瓷制备及其应用 2021/8/221.氧化锆的应用ZrO2主要用途 1. ZrO2结构陶瓷 由于TZP陶瓷具有高韧性、抗弯强度和耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于金属等优点。因此TZP陶瓷被广泛应用于结构陶瓷领域。 1.1 Y-TZP磨球 与传统的磨球相比，Y-TZP陶瓷磨球（图1.1）具有高密度、高硬度、高韧性等特点，使其具有传统磨球所无法比拟的研磨效率。高耐磨损的Y-TZP陶瓷磨球（图1.2）可以防止物料污染，防止因化学腐蚀而影响磨机使用寿命。在电子陶瓷原料研磨低污染的要求下，目前会导致铁金属污染的钢珠研磨已不适合，而粉体由机械研磨所造成的污染90%来自研

2、磨球，5%来自研磨转子，另外5%来自研磨桶璧内衬，因此磨球的耐磨性便显的十分重要。另外TZP陶瓷磨球还具有使用寿命长、综合成本低等优点，因此特别适用于重要场合的物料研磨。 2021/8/23图1.1 TZP陶瓷磨球 2021/8/24图 1.2 各类材质磨球耐磨性能比较图2021/8/25 TZP陶瓷材料作为室温耐磨零器件，还广泛应用于：光纤插针（图 1.3） 在结构陶TZP 、光纤套筒（图1.4）、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、表壳及表带、高尔夫球的轻型击球棒等。 2021/8/26图1.4 各种类型的陶瓷光纤插针 图1.5 陶瓷光纤套筒 2021/8/27ZrO2功能陶瓷 2.1 氧传感器

3、传感器主要用于工业生产、监控、品质检验，用来提高设备的自动化程度，提高产品的性能，目前氧化锆氧传感器（图2.1）已大量应用于钢铁制造过程中，用来测量溶融钢水及加热炉所排放气体的含氧量，从而了解钢铁制造过程中钢铁的品质是否达到标准。 2021/8/28图2.1 氧化锆氧传感器 2021/8/29 此外还有固体氧化物燃料电池、高温发热体、压电材料、保健纺织材料、 多晶氧化锆宝石、 催化剂载体等多方面的应用。2021/8/2103. ZrO2超细粉体的制备技术 锆英石的主要成分是ZrSiO4，一般均采用各种火法冶金与湿化学法相结合的工艺，即先采用火法冶金工艺将ZrSiO4破坏，然后用湿化学法将锆浸出

4、，其中间产物一般为氯氧化锆或氢氧化锆，中间产物再经煅烧可制得不同规格、用途的ZrO2产品，目前国内外采用的加工工艺主要有碱熔法、石灰烧结法、直接氯化法、等离子体法、电熔法和氟硅酸钠法等。 2021/8/211 化学共沉淀法和以共沉淀为基础的沉淀乳化法、微乳液沉淀反应法的主要工艺路线是：以适当的碱液如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素等作沉淀剂(控制pH89)，从ZrOCl28H2O或Zr(NO3)4、Y(NO3)3（作为稳定剂）等盐溶液中沉淀析出含水氧化锆Zr(OH)4 (氢氧化锆凝胶)和Y(OH)3 (氢氧化钇凝胶)，再经过过滤、洗涤、干燥、煅烧(600900)等工序制得钇稳定的氧化锆粉体。工艺

5、流程图如图3.1所示： 2021/8/212 沉淀剂 100-120 700-900 锆盐溶液中和沉淀过滤洗涤干燥煅烧ZrO2粉体 图3.1 中和沉淀法工艺流程图 2021/8/213 此法由于设备工艺简单，生产成本低廉，且易于获得纯度较高的纳米级超细粉体，因而被广泛采用。目前国内大部分氧化锆生产企业，如九江泛美亚、深圳南玻、上海友特、广东宇田等，采用的都是这种方法。但是共沉淀法的主要缺点是没有解决超细粉体的硬团聚问题，粉体的分散性差，烧结活性低。 2021/8/214 解决方案： （1）改变沉淀时的温度，使氧化锆的溶解度下降，这样可以降低原料的浓度，从而使含水氧化锆和氢氧化钇的析出速率，从而防止凝胶过大，形成团聚。 （2）沉淀过程改为向高盐溶液中通氨气而不是加入碱性溶液，这样通过控制氨气通入的速度控制含水氧化锆和氢氧化钇的析出，同时配合搅拌溶液使凝胶析出均匀。2021/8/215 （3）在煅烧之前进行粉碎，为了减少工序，可以在干燥的同时进行粉碎或者在煅烧过程中进行粉碎，通过这样的方法防止团聚。 （4）由于煅烧升温过程当完成了从非晶态转变为晶态的成核过程以后便开始了晶粒长大阶段,并且晶粒中成晶结构单元的扩散速度随温度升高而增大,相互靠近的颗粒容易形成团聚。 所