高温耐火材料-氧化锆耐火制品性能介绍

　　氧化锆耐火材料制品用ZrO2原料可由锆英石精矿（或工业氧化锆）经化学处理制成。ZrO2有两种变体，在1000℃以下是单斜晶系ZrO2（密度为5.68g/cm3），在1000℃时生成较致密的四方晶系ZrO2（密度为6.10g/cm3）。单斜与四方之间的转变是可逆的快速转变，氧化锆陶瓷制品的耐压强度可达2100MPa。氧化锆制品接近酸性耐火材料，对酸性或中性炉渣具有良好的抗侵蚀性。在氧化气氛条件下使用十分稳定。在不同温度下，氧化锆以单斜晶、四方晶以及立方晶存在。单斜晶稳定于1170℃以下，四方晶稳定于1170~2370℃之间，立方晶稳定于2370 ~2680℃ (熔点)之间。

　　稳定化过程为：一般用含ZrO2大于96%的氧化锆原料与稳定剂一起在瓷球磨筒内研磨混合8-24h，然后加少量结合剂，于60-100MPa压力下压成坯块。压块是为了使粉料颗粒紧密接触，促进固相反应，有利于均匀稳定。根据具体工艺要求，坯块在1450-1800℃保温4-6h进行稳定化。后破碎成不同粒度的粉料，即得稳定氧化锆。在1800℃下稳定的料不易细磨，多作为模压成型中的骨料或等离子喷涂用颗粒料。
　　
　　稳定化过程中用的稳定剂是结构与ZrO2结构接近的CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2等氧化物。上述阳离子半径与Zr4+离子半径之差不大于7%。能与ZrO2形成立方晶系固溶体而使ZrO2稳定下来。以CaO有效，加入量3-8%，MgO次之（注意用MgO稳定氧化锆时不能在900-1400s之间长时间加热，否则失效）。广泛采用的稳定剂有CaO和MgO及其混合物，多以Ca（OH）2、CaCO3、CaF2、CaCl2、合成CaZrO3及MgO、MgCO3、Mg（OH）2、MgF2等形式加入。
　　
　　浇注法制造氧化锆制品时，颗粒组成对于制品浇注、烧结性能的影响
　　从泥浆能否浇注的观点而言，泥浆中临界颗粒在18/μm以下时，小于1μm的细颗粒须不少于20%，才能进行浇注。研磨80h的泥浆浇注性能好，再增加研磨时间，泥浆过细会使粘度升高，缩小大解胶范围，不易充分解胶。浇注粗粒泥浆时，所用石膏模的吸浆性能应弱些，以减少出现“层纹”趋向。泥浆的浓度以70%、80%为好。
　　
　　热压法成型氧化锆制品
　　热压法成型是将含有硫酸锆的氧化锆粉料制成试样，硫酸锆在700℃时分解。一种经过预烧试样；一种未经过预烧的试样。两种在加热过程中密度的变化在2000℃时达到一致，并获得大的体积密度(5.
　　7g/cm3)。但经过预烧过的试样，经热压冷却后具有较小的开裂倾向。
　　
　　电熔氧化锆
　　利用三相电弧炉可直接生产电熔稳定氧化锆，使用化学提纯的氧化锆和高纯的稳定剂按照比例在无污染的球磨机中进行混合细磨，分批加入到电弧炉内电熔即可制得电熔稳定氧化锆。
　　
　　对于烧结起决定性作用的是临界颗粒的大小及小于1μm细颗粒的含量。泥浆研磨时间达80h，临界颗粒不大于5μm，小于1μm的细颗粒不少于35%，在1800℃保温2h，就可良好烧结。颗粒愈粗，烧成收缩愈小，烧结愈困难，甚至不能烧结。
　　
　　氧化锆的特性和用途
　　氧化锆熔点为2677℃，导热率非常低，是非常优异的高温炉窑结构材料。氧化锆莫氏硬度为6.5，密度为6.10g/cm3（四方），高温结构强度大，化学稳定性良好，高温蒸汽压和分解压均较低，导热率小。ZrO2坩埚的高使用温度可达250℃，可熔炼铂、钯、钌、铯等铂族贵金属及其合金，也可用来熔炼钾、钠、石英玻璃及氧化物和盐类等。ZrO2还可作热电偶保护管，高温炉的发热元件，原子反应堆的反射材料等。