氧化锆(gao)陶瓷(ci)制备和应用领域介绍

　　氧化锆陶瓷材(cai)料(liao)，具有耐(nai)(nai)高温(wen)、耐(nai)(nai)化(hua)学腐蚀、抗氧(yang)化(hua)性(xing)(xing)(xing)、耐(nai)(nai)磨、热膨胀系数(shu)大，小的(de)(de)(de)比热和(he)(he)导热系数(shu)等(deng)特性(xing)(xing)(xing)及(ji)稳定化(hua)后的(de)(de)(de)增韧特性(xing)(xing)(xing)，稳定氧(yang)化(hua)锆(gao)(gao)已成为(wei)耐(nai)(nai)火材(cai)料(liao)行业与(yu)特种(zhong)陶瓷领域(yu)不容忽视的(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)要材(cai)料(liao)。氧(yang)化(hua)锆(gao)(gao)是(shi)一种(zhong)十分重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)结构和(he)(he)功能材(cai)料(liao)，它(ta)具有非(fei)常优异(yi)的(de)(de)(de)物理和(he)(he)化(hua)学性(xing)(xing)(xing)能，它(ta)的(de)(de)(de)开发研究与(yu)应(ying)用，引起了(le)世(shi)界各(ge)国(guo)的(de)(de)(de)高度重(zhong)(zhong)视，而制(zhi)备分散均匀的(de)(de)(de)纳米(mi)级ZrO2粉(fen)体自然成为(wei)了(le)一个重(zhong)(zhong)要的(de)(de)(de)研究课题，也是(shi)保证(zheng)其特殊性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)关键。纳米(mi)氧(yang)化(hua)锆(gao)(gao)粉(fen)体的(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能、制(zhi)备工艺(yi)方(fang)法的(de)(de)(de)创新与(yu)改进，及(ji)纳米(mi)氧(yang)化(hua)锆(gao)(gao)的(de)(de)(de)工业生产应(ying)用。

　　一、氧化锆陶瓷的(de)制备方法

　　锆(gao)(gao)(gao)产(chan)品(pin)的(de)主(zhu)要原料是锆(gao)(gao)(gao)英砂，全(quan)球90％的(de)氧氯化锆(gao)(gao)(gao)(初级产(chan)品(pin))的(de)生产(chan)能力在(zai)(zai)中国(guo)。目前(qian)，国(guo)内(nei)锆(gao)(gao)(gao)的(de)加(jia)工能力12万吨(dun)/年，实际产(chan)量在(zai)(zai)8万吨(dun)/年，85％以上(shang)出口，目前(qian)全(quan)球锆(gao)(gao)(gao)市场供不(bu)应求，目前(qian)锆(gao)(gao)(gao)的(de)价格(ge)大约每吨(dun)12000元(yuan)，而且价格(ge)仍(reng)在(zai)(zai)不(bu)断上(shang)涨。

　　金属锆(gao)(gao)(gao)的外表像钢(gang)，常温(wen)下表面(mian)被致密的氧(yang)化物层覆盖，但(dan)仍(reng)有(you)金属光(guang)泽。粉(fen)状锆(gao)(gao)(gao)为暗灰色。金属锆(gao)(gao)(gao)的熔点为1852℃，密度6.49克／厘米3。其(qi)可(ke)塑性(xing)好(hao)，易于加(jia)工成(cheng)板、丝等(deng)。锆(gao)(gao)(gao)在加(jia)热时(shi)能大量(liang)地(di)吸收氧(yang)、氢(qing)、氮等(deng)气体，可(ke)用作贮(zhu)氢(qing)材料。锆(gao)(gao)(gao)的耐蚀性(xing)比钛好(hao)，接近铌、钽(tan)。锆(gao)(gao)(gao)与铪(ha)是化学性(xing)质历史(shi)学相似、又共生(sheng)在一起的两个金属，且含(han)(han)有(you)放(fang)射性(xing)物质。地(di)壳中锆(gao)(gao)(gao)的含(han)(han)量(liang)居第20位，几(ji)乎与铬相等(deng)。目(mu)前，自然界中具有(you)工业价(jia)值的含(han)(han)锆(gao)(gao)(gao)矿(kuang)物，主要有(you)锆(gao)(gao)(gao)英石及斜锆(gao)(gao)(gao)石。

　　可由锆(gao)(gao)(gao)英石与纯碱(jian)共(gong)熔(rong)，用水(shui)浸出锆(gao)(gao)(gao)酸钠(na)，与盐酸作用生成(cheng)二(er)氯氧(yang)化(hua)(hua)锆(gao)(gao)(gao)，再煅烧而制得。锆(gao)(gao)(gao)在(zai)地壳(qiao)中的(de)(de)含量为0.025%，超过了工业上普(pu)遍使用的(de)(de)铜、锌、铅等(deng)(deng)，自然(ran)界中存(cun)在(zai)的(de)(de)锆(gao)(gao)(gao)主要以锆(gao)(gao)(gao)英石、斜锆(gao)(gao)(gao)石、水(shui)锆(gao)(gao)(gao)石、曲晶石、钠(na)长石等(deng)(deng)矿物(wu)形式存(cun)在(zai)，其主要成(cheng)份是ZrSiO4，是由ZrO2和SiO2彼此(ci)以牢固化(hua)(hua)学(xue)键结合(he)而成(cheng)的(de)(de)非常(chang)稳定的(de)(de)化(hua)(hua)合(he)物(wu)。高纯度(du)纳米级氧(yang)化(hua)(hua)锆(gao)(gao)(gao)粉体(ti)制法(fa)，则有共(gong)沉淀－水(shui)热法(fa)、反向沉淀法(fa)以及(ji)沉淀－乳化(hua)(hua)法(fa)等(deng)(deng)工艺方(fang)法(fa)。

　　二、氧化锆陶瓷的(de)用途

　　氧化(hua)锆具有优异的耐热、耐腐(fu)蚀和可塑(su)性，除大量应(ying)用(yong)于(yu)耐火(huo)材料外，还广泛用(yong)于(yu)制造(zao)压电(dian)元件、陶瓷(ci)(ci)电(dian)容(rong)器、气敏元件、固体电(dian)解质(zhi)电(dian)池、陶瓷(ci)(ci)内燃机引擎(qing)、光(guang)学(xue)玻璃和二氧化(hua)锆纤维及(ji)锆催化(hua)剂等(deng)，是2l世纪(ji)最有发展前途的功能材料之一(yi)。

　　1、高韧性氧(yang)化锆基陶(tao)瓷

　　氧化(hua)锆(gao)(gao)（ZrO2）是(shi)一种耐(nai)(nai)高(gao)(gao)温、耐(nai)(nai)磨损、耐(nai)(nai)腐蚀(shi)的(de)(de)无(wu)机非金属(shu)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)。随着电子和新(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)工业的(de)(de)发(fa)展(zhan)，除传(chuan)统应(ying)用于耐(nai)(nai)火材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)和陶瓷(ci)(ci)颜(yan)料(liao)(liao)(liao)外，作为电子陶瓷(ci)(ci)、功(gong)能陶瓷(ci)(ci)、结(jie)构陶瓷(ci)(ci)和人造宝石的(de)(de)主要原料(liao)(liao)(liao)，在(zai)高(gao)(gao)技术领域的(de)(de)应(ying)用日益(yi)扩大。用化(hua)学法制备的(de)(de)氧化(hua)锆(gao)(gao)超(chao)细粉，活性高(gao)(gao)，烧结(jie)性好(hao)，是(shi)制造高(gao)(gao)强(qiang)度、高(gao)(gao)韧性氧化(hua)锆(gao)(gao)基陶瓷(ci)(ci)的(de)(de)主要原料(liao)(liao)(liao)。高(gao)(gao)纯二氧化(hua)锆(gao)(gao)（化(hua)学分子式为ZrO2）陶瓷(ci)(ci)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)是(shi)国家产业政策中鼓励发(fa)展(zhan)的(de)(de)高(gao)(gao)性能新(xin)(xin)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)之一。

　　氧化(hua)锆及其制(zhi)品具(ju)有优越的(de)物理(li)化(hua)学(xue)(xue)性能(neng)(neng)，是(shi)现(xian)代(dai)高(gao)技术(shu)结(jie)构(gou)陶(tao)瓷、导电陶(tao)瓷、功能(neng)(neng)陶(tao)瓷、生(sheng)物陶(tao)瓷、镀膜材(cai)(cai)料(liao)、现(xian)代(dai)冶金用高(gao)性能(neng)(neng)耐(nai)火材(cai)(cai)料(liao)、高(gao)性能(neng)(neng)高(gao)温(wen)(wen)隔热材(cai)(cai)料(liao)的(de)主要材(cai)(cai)料(liao)之一(yi)(yi)，是(shi)支撑现(xian)代(dai)高(gao)温(wen)(wen)电热装备、航空航天器(qi)构(gou)件、敏感元件、冶金耐(nai)火材(cai)(cai)料(liao)、玻(bo)璃熔(rong)窑用耐(nai)火材(cai)(cai)料(liao)等(deng)高(gao)技术(shu)新材(cai)(cai)料(liao)产业的(de)支柱之一(yi)(yi)。而这些领域的(de)材(cai)(cai)料(liao)科学(xue)(xue)的(de)技术(shu)水平是(shi)一(yi)(yi)个(ge)国家整体技术(shu)实力和水平的(de)象征之一(yi)(yi)。二氧化(hua)锆按制(zhi)作工艺的(de)不同，分为化(hua)学(xue)(xue)法(fa)(fa)二氧化(hua)锆和电熔(rong)法(fa)(fa)二氧化(hua)锆两种(zhong)。化(hua)学(xue)(xue)法(fa)(fa)二氧化(hua)锆是(shi)采用氯(lv)碱化(hua)工及高(gao)温(wen)(wen)煅烧的(de)工艺生(sheng)产出来的(de)；电熔(rong)法(fa)(fa)二氧化(hua)锆则是(shi)采用电弧(hu)炉熔(rong)炼的(de)物理(li)方(fang)法(fa)(fa)来制(zhi)造的(de)。

　　2、精(jing)细陶瓷(ci)

　　纳米ZrO2明显提高(gao)陶瓷(ci)的(de)(de)(de)室温(wen)强度(du)和(he)应(ying)(ying)力(li)强度(du)因(yin)子(zi)，从而使陶瓷(ci)的(de)(de)(de)韧性成倍提高(gao)。研究结果(guo)表明：复合(he)生物陶瓷(ci)材(cai)料具有(you)较好的(de)(de)(de)力(li)学性能(neng)、化(hua)(hua)学稳定性、生物相(xiang)容性，是(shi)一种很有(you)应(ying)(ying)用(yong)前(qian)景的(de)(de)(de)复合(he)型生物陶瓷(ci)材(cai)料。现(xian)在国外(wai)已(yi)制(zhi)备出含有(you)ZrO2的(de)(de)(de)纳米羟基磷(lin)灰石复合(he)材(cai)料，其强度(du)、韧性等综合(he)性能(neng)可达到甚至超过致密骨(gu)骼相(xiang)应(ying)(ying)性能(neng)。在情报通信领(ling)(ling)域(yu)光纤连(lian)接器(qi)、电子(zi)产品、厨房(fang)用(yong)陶瓷(ci)等领(ling)(ling)域(yu)，都有(you)不错的(de)(de)(de)应(ying)(ying)用(yong)前(qian)景。氧(yang)化(hua)(hua)锆主要应(ying)(ying)用(yong)于结构(gou)陶瓷(ci)、生物陶瓷(ci)和(he)功能(neng)陶瓷(ci)，超细(xi)氧(yang)化(hua)(hua)锆粉(fen)广泛应(ying)(ying)用(yong)于高(gao)技术陶瓷(ci)领(ling)(ling)域(yu)。

　　3、锆在航天航空工业中的(de)用途

　　氧化(hua)锆(gao)(gao)(gao)是一种(zhong)稀有(you)金(jin)属(shu)，具有(you)惊人的(de)(de)抗腐蚀(shi)(shi)性(xing)(xing)能、极高(gao)(gao)的(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)点、超高(gao)(gao)的(de)(de)硬(ying)度和强度等特性(xing)(xing)，被(bei)广(guang)泛用在航空航天(tian)、军工、核(he)(he)反应、原(yuan)子(zi)能领域。“神六”上(shang)使用的(de)(de)抗腐蚀(shi)(shi)性(xing)(xing)、耐(nai)高(gao)(gao)温的(de)(de)钛(tai)产品(pin)，其(qi)(qi)(qi)抗腐蚀(shi)(shi)性(xing)(xing)能远(yuan)不(bu)如锆(gao)(gao)(gao)，其(qi)(qi)(qi)熔(rong)(rong)(rong)点1600度左右，而锆(gao)(gao)(gao)的(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)点则在1800度以上(shang)，二(er)氧化(hua)锆(gao)(gao)(gao)的(de)(de)熔(rong)(rong)(rong)点更(geng)是高(gao)(gao)达2700度以上(shang)，所(suo)以锆(gao)(gao)(gao)作(zuo)为航空航天(tian)材(cai)料，其(qi)(qi)(qi)各方面(mian)的(de)(de)性(xing)(xing)能大大优越于钛(tai)。金(jin)属(shu)锆(gao)(gao)(gao)是核(he)(he)电(dian)工业不(bu)可(ke)或缺(que)的(de)(de)消耗性(xing)(xing)金(jin)属(shu)材(cai)料，国家发改委(wei)规划到(dao)2020年我(wo)国将再建28座核(he)(he)电(dian)站，新(xin)增核(he)(he)电(dian)3000万(wan)千(qian)瓦(wa)，核(he)(he)电(dian)比例(li)由目前的(de)(de)2％增加(jia)到(dao)4～5％。因此，锆(gao)(gao)(gao)作(zuo)为核(he)(he)工业材(cai)料具有(you)广(guang)阔的(de)(de)市场前景。

　　4、氧化锆(gao)在(zai)军事中的(de)用途

　　从(cong)军工上来看(kan)，在钢里只要(yao)加(jia)进千分之一(yi)的锆(gao)(gao)(gao)，硬度(du)和(he)(he)(he)强度(du)就会(hui)惊人(ren)地捉高。含(han)锆(gao)(gao)(gao)的装(zhuang)甲钢、大(da)炮(pao)锻件钢、不(bu)锈钢和(he)(he)(he)耐热钢等是制造装(zhuang)甲车、坦克(ke)、大(da)炮(pao)和(he)(he)(he)防弹板等武(wu)器的重(zhong)要(yao)材(cai)(cai)料(liao)。从(cong)原子(zi)能(neng)(neng)和(he)(he)(he)核能(neng)(neng)上来看(kan)，锆(gao)(gao)(gao)有突(tu)出的核能(neng)(neng)性，是发(fa)展原子(zi)能(neng)(neng)工业(ye)不(bu)可缺少(shao)的材(cai)(cai)料(liao)，我国(guo)的大(da)型核电站(zhan)普(pu)遍(bian)都用(yong)锆(gao)(gao)(gao)材(cai)(cai)，如(ru)果用(yong)核动力(li)发(fa)电，每一(yi)百万(wan)千瓦的发(fa)电能(neng)(neng)力(li)，一(yi)年就要(yao)消耗(hao)掉20到25吨金属锆(gao)(gao)(gao)。一(yi)艘三万(wan)马力(li)的核潜艇(ting)用(yong)锆(gao)(gao)(gao)和(he)(he)(he)锆(gao)(gao)(gao)合金作核燃料(liao)的包套和(he)(he)(he)压力(li)管，锆(gao)(gao)(gao)的使用(yong)量达(da)20至(zhi)30吨。可用(yong)于制陶瓷(ci)、搪(tang)瓷(ci)、耐火材(cai)(cai)料(liao)。