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一、原料的制取和穩定


    氧化鋯在地殼中約占0.026%,因為分布極為分散,所以感覺稀少。在自然界中主要有兩種含鋯礦石:斜鋯石和鋯英石。斜鋯石中含ZrO280%-90%,最高品味可達90%-99%,但極為少見。鋯英石中ZrO2在67%左右,主要雜質是二氧化硅。在鋯礦中,常伴有0.5%-3%的帶有放射性的氧化鉿等成分,在提煉氧化鋯的過程中很難將它分離干凈。較純的氧化鋯粉末呈黃色和灰色,高純的氧化鋯粉呈白色。


    氧化鋯有兩種主要的同質異晶體:低溫型的單斜結晶,密度為5.56g/cm3;高溫型的四方結晶,密度為6.10g/cm3.單斜與四方兩種晶型可以互相轉化,可逆轉化的溫度在1000℃左右。伴隨著晶型化約9%的體積突變,加熱時由單斜結晶轉變為四方結晶,體積收縮;冷卻時由四方結晶轉變為單斜結晶,體積膨脹。 ZrO2的變體膨脹曲線和差熱分析曲線可見,這種收縮與膨脹并非發生在同一溫度,前者發生在約1200℃,后者發生在1000℃附近。


    由于氧化鋯有晶型轉變和體積突變的特點,因此單用純氧化鋯就很難制造出燒結且又不開裂的制品。當向氧化鋯中加入適量的陽離子半徑與Zr4+離子半徑相差在12%以內的氧化物,例如氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化釔(Y2O3)、氧化鈰(CeO2)等,經高溫處理后就可以得到從室溫直至2000℃以上都穩定的立方晶型的氧化鋯固溶體,從而消除了在加熱或冷卻過程中的體積突變。這種立方固溶體的氧化鋯就稱為穩定氧化鋯。制備穩定氧化鋯的過程就叫氧化鋯的穩定化。上述加入的氧化物稱為穩定劑。如圖5所示的立方氧化鋯固溶體的穩定范圍,穩定劑的有效加入量為:氧化鎂的摩爾分數為16%-26%;氧化鈣的摩爾分數15%-29%;氧化釔的摩爾分數7%-40%;氧化鈰的摩爾分數大于13%。穩定劑視具體要求,可單獨用一種或同時配入幾種。


    氧化鋯穩定化時,一般用含量大于96%的單斜氧化鋯原料與穩定劑一起在瓷球磨筒內研磨混合8-24h,然后加入少量結合劑,在60-100MPa壓力下壓成坯塊。壓塊的目的是使顆粒緊密接觸,促進固相反應,有利于均勻穩定。根據具體工藝要求,坯塊可在1450-1800℃的溫度范圍內進行穩定化。最后把穩定料粉碎至各種粒度的粉料。在1800℃穩定的坯塊不易細磨,所以一般用作模壓成型時的骨料或者等離子噴涂用的顆粒料。氧化鋯陶瓷


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