氧化锆陶瓷制备和应用领域介绍

　　氧化锆陶瓷制备和应用领域介绍

　　氧化锆陶瓷材料，具有耐高温、耐化学腐蚀、抗氧化性、耐磨、热膨胀系数大，小的比热和导热系数等特性及稳定化后的增韧特性，稳定氧化锆已成为耐火材料行业与特种陶瓷领域不容忽视的重要材料。氧化锆是一种十分重要的结构和功能材料，它具有非常优异的物理和化学性能，它的开发研究与应用，引起了世界各国的高度重视，而制备分散均匀的纳米级ZrO2粉体自然成为了一个重要的研究课题，也是保证其特殊性能的关键。纳米氧化锆粉体的性能、制备工艺方法的创新与改进，及纳米氧化锆的工业生产应用。

　　一、氧化锆陶瓷的制备方法

　　锆产品的主要原料是锆英砂，全球90％的氧氯化锆(初级产品)的生产能力在中国。目前，国内锆的加工能力12万吨/年，实际产量在8万吨/年，85％以上出口，目前全球锆市场供不应求，目前锆的价格大约每吨12000元，而且价格仍在不断上涨。

　　金属锆的外表像钢，常温下表面被致密的氧化物层覆盖，但仍有金属光泽。粉状锆为暗灰色。金属锆的熔点为1852℃，密度6.49克／厘米3。其可塑性好，易于加工成板、丝等。锆在加热时能大量地吸收氧、氢、氮等气体，可用作贮氢材料。锆的耐蚀性比钛好，接近铌、钽。锆与铪是化学性质历史学相似、又共生在一起的两个金属，且含有放射性物质。地壳中锆的含量居第20位，几乎与铬相等。目前，自然界中具有工业价值的含锆矿物，主要有锆英石及斜锆石。

　　可由锆英石与纯碱共熔，用水浸出锆酸钠，与盐酸作用生成二氯氧化锆，再煅烧而制得。锆在地壳中的含量为0.025%，超过了工业上普遍使用的铜、锌、铅等，自然界中存在的锆主要以锆英石、斜锆石、水锆石、曲晶石、钠长石等矿物形式存在，其主要成份是ZrSiO4，是由ZrO2和SiO2彼此以牢固化学键结合而成的非常稳定的化合物。高纯度纳米级氧化锆粉体制法，则有共沉淀－水热法、反向沉淀法以及沉淀－乳化法等工艺方法。

　　二、氧化锆陶瓷的用途

　　氧化锆具有优异的耐热、耐腐蚀和可塑性，除大量应用于耐火材料外，还广泛用于制造压电元件、陶瓷电容器、气敏元件、固体电解质电池、陶瓷内燃机引擎、光学玻璃和二氧化锆纤维及锆催化剂等，是2l世纪最有发展前途的功能材料之一。

　　1、高韧性氧化锆基陶瓷

　　氧化锆（ZrO2）是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。随着电子和新材料工业的发展，除传统应用于耐火材料和陶瓷颜料外，作为电子陶瓷、功能陶瓷、结构陶瓷和人造宝石的主要原料，在高技术领域的应用日益扩大。用化学法制备的氧化锆超细粉，活性高，烧结性好，是制造高强度、高韧性氧化锆基陶瓷的主要原料。高纯二氧化锆（化学分子式为ZrO2）陶瓷材料是国家产业政策中鼓励发展的高性能新材料之一。

　　氧化锆及其制品具有优越的物理化学性能，是现代高技术结构陶瓷、导电陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、镀膜材料、现代冶金用高性能耐火材料、高性能高温隔热材料的主要材料之一，是支撑现代高温电热装备、航空航天器构件、敏感元件、冶金耐火材料、玻璃熔窑用耐火材料等高技术新材料产业的支柱之一。而这些领域的材料科学的技术水平是一个国家整体技术实力和水平的象征之一。二氧化锆按制作工艺的不同，分为化学法二氧化锆和电熔法二氧化锆两种。化学法二氧化锆是采用氯碱化工及高温煅烧的工艺生产出来的；电熔法二氧化锆则是采用电弧炉熔炼的物理方法来制造的。

　　2、精细陶瓷

　　纳米ZrO2明显提高陶瓷的室温强度和应力强度因子，从而使陶瓷的韧性成倍提高。研究结果表明：复合生物陶瓷材料具有较好的力学性能、化学稳定性、生物相容性，是一种很有应用前景的复合型生物陶瓷材料。现在国外已制备出含有ZrO2的纳米羟基磷灰石复合材料，其强度、韧性等综合性能可达到甚至超过致密骨骼相应性能。在情报通信领域光纤连接器、电子产品、厨房用陶瓷等领域，都有不错的应用前景。氧化锆主要应用于结构陶瓷、生物陶瓷和功能陶瓷，超细氧化锆粉广泛应用于高技术陶瓷领域。

　　3、锆在航天航空工业中的用途

　　氧化锆是一种稀有金属，具有惊人的抗腐蚀性能、极高的熔点、超高的硬度和强度等特性，被广泛用在航空航天、军工、核反应、原子能领域。“神六”上使用的抗腐蚀性、耐高温的钛产品，其抗腐蚀性能远不如锆，其熔点1600度左右，而锆的熔点则在1800度以上，二氧化锆的熔点更是高达2700度以上，所以锆作为航空航天材料，其各方面的性能大大优越于钛。金属锆是核电工业不可或缺的消耗性金属材料，国家发改委规划到2020年我国将再建28座核电站，新增核电3000万千瓦，核电比例由目前的2％增加到4～5％。因此，锆作为核工业材料具有广阔的市场前景。

　　4、氧化锆在军事中的用途

　　从军工上来看，在钢里只要加进千分之一的锆，硬度和强度就会惊人地捉高。含锆的装甲钢、大炮锻件钢、不锈钢和耐热钢等是制造装甲车、坦克、大炮和防弹板等武器的重要材料。从原子能和核能上来看，锆有突出的核能性，是发展原子能工业不可缺少的材料，我国的大型核电站普遍都用锆材，如果用核动力发电，每一百万千瓦的发电能力，一年就要消耗掉20到25吨金属锆。一艘三万马力的核潜艇用锆和锆合金作核燃料的包套和压力管，锆的使用量达20至30吨。可用于制陶瓷、搪瓷、耐火材料。