高锆耐火材料

高锆耐火材料：由于氧化锆單斜型與四方型之間的可逆轉變伴有體積效應。造成(chéng)耐火材料燒成(chéng)時(shí)容易開(kāi)裂，因此單用純氧化锆就(jiù)很難制造出燒結而又不開(kāi)裂的制品。如果在氧化锆中加入适量的CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2、ScO3等陽離子半徑與Zr4+離子半徑相差在12%以内的氧化物，經(jīng)高溫處理後(hòu)就(jiù)可以得到從室溫直至2000℃一下都(dōu)穩定的立方型的氧化锆固溶體，從而消除了在加熱或冷卻過(guò)程中因相變引起(qǐ)的體積效應，避免含氧化锆制品的開(kāi)裂[9]。上述加入的氧化物成(chéng)爲穩定劑。經(jīng)過(guò)這(zhè)種(zhǒng)穩定處理的氧化锆稱爲穩定二氧化锆，制備穩定二氧化锆的過(guò)程稱爲二氧化锆的穩定化。

    廣泛采用的穩定劑有CaO和MgO及其混合物，其中CaO較有效，MgO次之。CaO加入量通常爲3~8%或更多（按質量計）。ZrO2-MgO系的立方固溶體在長(cháng)時(shí)間加熱處理（1000~1400℃）後(hòu)會(huì)發(fā)生分解，導緻制品破壞。ZrO2-CaO系立方固溶體雖較穩定，但長(cháng)時(shí)間加熱亦會(huì)發(fā)生部分分解，而使氧化锆失去穩定作用。ZrO2-Y2O3固溶體與其他氧化锆固溶體相比主要優點是在1100~1400℃長(cháng)時(shí)間加熱不發(fā)生分解，但這(zhè)類氧化物，價格昂貴，隻能(néng)局限于某些特殊要求的地方使用。近來研究了多種(zhǒng)複合劑，如ZrO2-MgO和ZrO2-CaO固溶體中加入1~2%Y2O3即可顯著提高其熱震穩定性。加入3~5%Y2O3可以使固溶體完全不分解，而且有很高的機械強度和較低的熱膨脹系數。

    全穩定氧化锆的缺點是熱膨脹系數高，抗熱震性差。部分穩定二氧化锆能(néng)有效改善其抗熱震性。其原理在于當穩定劑加入量較少時(shí)，隻有一部分氧化锆與穩定劑生成(chéng)了固溶體，由高溫冷卻到常溫時(shí)，仍有一部分氧化锆發(fā)生相變，由立方相或四方相轉化爲單斜相，并伴随發(fā)生一定的體積變化。由于此體積變化較小，并且由穩定劑的加入量所控制，所以不會(huì)造成(chéng)氧化锆制品燒結體的破壞。相反，由此體積變化可在制品燒結體内産生一定量的顯微裂紋，這(zhè)種(zhǒng)顯微裂紋在材料受到熱應力作用時(shí)，能(néng)起(qǐ)到吸收裂紋擴展能(néng)量的作用，防止了裂紋的擴展，提高了材料的抗熱震能(néng)力。因此，部分穩定的二氧化锆較之全穩定二氧化锆具有更廣泛的用途。部分穩定二氧化锆的穩定化程度以穩定化率來表示[10]：

    穩定化率=（立方相+四方相）/(立方相+四方相+單斜相)