智牙博士

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氧化锆陶瓷基本介绍及应用

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1、氧化铝陶瓷基本介绍

氧化锆陶瓷具有高熔点、低导热率、高硬度、低摩擦系数、耐磨、化学惰性和良好的电性质(绝缘和电导)等,氧化锆材料的传统应用是高级耐火材料和铸造用的型砂等,到目前为止已经有氧化锆增韧陶瓷这样一种高性能陶瓷,在目前所有的单相陶瓷材料中瓷具有优异的室温力学性能。

几种主要的氧化锆增韧陶瓷的简称和特点

自然界主要的含锆矿物有锆英石、斜锆石、钠锆石、斜钠锆石、异性石-负异性石、锆针钠钙石、铌锆钠石和钛锆钍矿等,其中,主要的工业矿物是锆英石和斜锆石。锆英石主要产出于岩浆岩中,在变质岩和沉积岩中也较为常见。锆英石主要矿床类型为砂矿,其次是风化壳矿床和原生矿床。砂矿又分为滨海砂矿和冲积砂矿,滨海砂矿的规模和产量远大于冲积砂矿。商业斜锆石的矿床主要分布在巴西和南非,而我国的主要矿床类型是滨海砂矿,主要在辽东半岛、山东半岛、福建、广东、海南诸省沿海有分布。

3、Y-TZP增韧陶瓷

Y-TZP增韧陶瓷主要以氧化钇为稳定剂,具有成分分布均匀、超细且粒度分布窄、无团聚、烧结活性高等特点。

氧化钇稳定氧化锆粉体的基本性质

Y-TZP增韧陶瓷的应用:

石油开采业:氧化锆的耐磨蚀、耐腐蚀、高硬度和高强度以及较高的密度等特性,适用于制造油田抽油泵中球阀的球和阀座,不仅使用寿命长,还可以提高效率1%~2%。

电子及通信设备制造业:由于Y-TZP陶瓷具有强度和断裂韧度高、晶粒细和精密加工性能好等综合性能,已被大量用于光纤连接器的插芯和套管等。

化学纤维制造业:氧化锆陶瓷的表面加工光洁,同时本身具有自润滑作用,较氧化铝陶瓷的拉线轮具有更高的精度,更耐磨,使用寿命亦可提高数倍,氧化锆陶瓷剪刀主要用于纺织行业,如打结刀、梭式刀、风门刀等,也用于化纤行业切聚酯切片的固定刀、耐磨耐腐蚀的导轮和拉线轮等,还可应用于电线、电缆、电子等部门的线材生产。

理发用具制造业:为理发推剪、羊毛推剪之用。与传统的合金推剪刀片相比,重量轻、刃利耐磨、操作轻便使用寿命长和便于清洁。陶瓷推剪刀片的使用,大大提升了推剪的质量和品牌档次。

量具业:采用氧化锆增韧陶瓷材料制造量块、各类长度计量标准件及测量测头,具有传统合金等材料所无法比拟的优点。在恶劣的工作情况下,耐磨、耐腐蚀性能极好,线膨胀系数比金属小,热导率低。在使用过程中,较高温度下接触不易使其膨胀,保证测量精度,且日常保养方便。

电气电子行业:利用氧化锆增韧陶瓷的高强度、高韧度和无磁性,已大量用作无磁调试工具(螺丝刀和剪刀等)。

钟表行业:利用氧化锆陶瓷硬度高、耐磨等特性生产的陶瓷手表,不会划伤,永不褪色,称为永不磨损手表。

其他:烟草加工业的洛卡机用导轮等,冶炼业的导轮和导辊等,金属制品业的挤压模,陶瓷轴承、阀门制造业的球阀、轴承球、球磨机球和砂模机球。

氧化锆陶瓷

4、Ce-TZP陶瓷

Ce-TZP陶瓷是用氧化铈稳定的四方氧化锆多晶陶瓷,其综合性能和主要相图见下表:

Ce-TZP陶瓷的相图

Ce-TZP陶瓷的综合性能

5、氧化锆增韧氧化铝陶瓷

氧化锆可与多种陶瓷基体形成相变增韧复相陶瓷材料,而氧化铝具有良好的高温热稳定性和化学稳定性,弹性模量大,非常适合用作氧化锆增韧陶瓷的基体材料,这种陶瓷也叫做ZTA陶瓷。ZTA陶瓷主要应用于磨具材料、挤压模具、陶瓷刀具、固体电解质等。

氧化铝-氧化锆二元相图

共沉淀法制备ZTA粉体工艺流程图

溶胶-凝胶法制备ZTA粉体工艺流程图