穩定氧化锆

穩定氧化锆：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。

      穩定氧化锆：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。

 穩定氧化锆：氧化锆具有兩(liǎng)種(zhǒng)變體，在1000℃以下是單斜晶系氧化锆（比重是5.68），在1000℃時(shí)生産較緻密的四方晶系的氧化锆（比重是6.10）。

    單斜氧化锆與四方氧化锆之間的轉變是可逆的快速轉變，在冷卻過(guò)程中該轉化伴生7%的體積膨脹，易使制品産生開(kāi)裂。爲防止這(zhè)種(zhǒng)轉變作用，加入穩定氧化锆結構接近的（晶系相同、離子半徑相近）氧化物，如CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2等可以起(qǐ)穩定氧化锆的作用，能(néng)和氧化锆形成(chéng)立方晶系溶體而使氧化锆穩定下來。通常認爲，加入CaO和MgO作爲穩定劑較好(hǎo)，而以CaO有效，MgO次之。CaO的加入量通常爲3%-8%或更多一些，將(jiāng)混合物煅燒至1700℃，可使氧化锆穩定下來。

    ZrO2-CaO系立方固體溶體，雖較爲穩定，但在長(cháng)期加熱時(shí)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)期加熱不發(fā)生分解，但這(zhè)類氧化物缺，價格昂貴，隻能(néng)局限于某些特殊要求的地方使用。爲此，人們研究了多種(zhǒng)符合穩定劑，如ZrO2-MgO和ZrO2-CaO固溶體加入1%-2%Y2O3即可顯著提高其抗熱震性。加入3%-5%Y2O3可以使固溶體完全不分解，而且具有很高的機械強度和較低的線膨脹系數。

    原料中的雜質含量對(duì)氧化锆的穩定和對(duì)熔化金屬均有很大的影響，因此要制出優良性能(néng)的氧化锆制品，采用高純度的原料是很重要的。

    原料的粉碎是將(jiāng)氧化锆原料和穩定劑按一定的配比，在橡膠襯裡(lǐ)和金屬锆球（或穩定燒結氧化锆制成(chéng)的球）的球磨機中共同濕粉碎到小于2μm。然後(hòu)經(jīng)分離、幹燥、打粉制成(chéng)團塊，并1700℃下預燒，使之穩定下來。再將(jiāng)穩定的團塊破碎，根據制品要求的性質濕粉碎到要求的細度。用注漿法成(chéng)型時(shí)，須將(jiāng)球磨料用鹽酸處理後(hòu)，加蒸餾水清洗。清洗時(shí)加入0.3%（濃度爲10%）的阿拉伯樹膠，作爲顆粒清洗的沉降劑，清洗至PH值=6-7，經(jīng)烘幹（水分小于0.15%時(shí)），即可配漿澆注。也可用酸性泥漿澆注成(chéng)型，其PH值=2，含水量爲28%-30%，小于5μm的顆粒在90%爲适宜。如用壓制法成(chéng)型時(shí)，須在制備好(hǎo)的一定顆粒和粉料的配料中加入粘結劑（磷酸、硼酸、糊精、或Zr(OH)2等）制成(chéng)坯料。成(chéng)型後(hòu)的磚坯經(jīng)幹燥後(hòu)在1700-2000℃下燒成(chéng)。

    在氧化物制品系統中，氧化锆具有許多優良特性，如熔點高（2700℃），高溫結構強度大，化學(xué)穩定性良好(hǎo)，高溫蒸氣壓和分解壓均較低，熱導率小，因而可以滿足高溫、高真空冶煉的許多純金屬和合金所需的技術要求。