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物理性質
純凈的ZrO2為白色粉末,含有雜質時略帶黃色或灰色,添加顯色劑還可顯示各種其它顏色。通常含有少量的氧化鉿,難以分離,但是對氧化鋯的性能沒有明顯的影響。
二氧化鋯的相變
氧化鋯是一種特殊的材料,增韌的方法,主要是利用氧化鋯的相變才能達到的!氧化鋯有三種晶相,分別為單斜晶相、四方晶相和立方晶相,三者之間的轉變關系如下:
由于在單斜相向四方相轉變的時候會產生較大的體積變化,冷卻的時候又會向相反的方向發生較大的體積變化,容易造成產品的開裂,限制了純氧化鋯在高溫領域的應用。
但是添加穩定劑以后,四方相可以在常溫下穩定,因此在加熱以后不會發生體積的突變,大大拓展了氧化鋯的應用范圍。市場上用來做穩定劑的原料主要是氧化釔。
二氧化鋯粉體的主要制備方法
1.中和沉淀法
優點:設備工藝簡單,生產成本低廉,且易于獲得純度較高的納米級超細粉體,因而被廣泛采用。
缺點:沒有解決超細粉體的硬團聚問題,粉體的分散性差,燒結活性低。
2.鋯鹽水解法
優點:操作簡便。
缺點:反應時間較長(>48小時),耗能較大,所得粉體也存在團聚現象。
3.鋯醇鹽水解法
優點:(1)幾乎全為一次粒子,團聚很少;
(2)粒子的大小和形狀均一;
(3) 化學純度和相結構的單一性好。
缺點:原料制備工藝較為復雜,成本較高。
以上三種方法的后工序都是煅燒,其溫度越高,則粉體的晶粒度越大,團聚程度越高。這是由于煅燒升溫過程當完成了從非晶態轉變為晶態的成核過程以后便開始了晶粒長大階段,并且晶粒中成晶結構單元的擴散速度隨溫度升高而增大,相互靠近的顆粒容易形成團聚。
4.水熱法
優點:粉料粒度極細,可達到納米級,粒度分布窄,省去了高溫煅燒工序,顆粒團聚程度小。
缺點:設備復雜昂貴,反應條件較苛刻,難于實現大規模工業化生產。
5.溶膠-凝膠法
優點:(1)粒度細微,亞微米級或更細;
(2) 粒度分布窄;
(3)純度高,化學組成均勻,可達分子或原子尺度;
(4)燒成溫度比傳統方法低400~500℃。
缺點:(1)原料成本高且對環境有污染;
(2)處理過程的時間較長;
(3)形成膠粒及凝膠過濾、洗滌過程不易控制。
6.微乳液法(反膠束法)
優點:可制得<20nm的含釔的穩定四方相 ZrO2 納米粉,粉體分散性能好,分布窄。
缺點:生產過程較復雜,成本也較高。