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目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 2\o"CurrentDocument"1.引言 3\o"CurrentDocument"ZrO2陶瓷的制備 32.1ZTA制備工藝 3\o"CurrentDocument"2.2ZTM制備工藝 5\o"CurrentDocument"二氧化鋯陶瓷的特性 5\o"CurrentDocument"二氧化鋯的應(yīng)用 74.1增韌、強(qiáng)化陶瓷 74.2陶瓷釉體 84.3二氧化鋯全瓷牙 8\o"CurrentDocument"結(jié)語 8\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 9新型功能陶瓷一二氧化鋯姓名:劉路專業(yè):材料工程學(xué)號(hào):2012730022老師:虞瀾摘要:ZrO新型功能陶瓷材料具有一系列的獨(dú)特綜合性能:高強(qiáng)度2和破壞韌性、抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕性導(dǎo)熱性和特殊的電物理性能等。二氧化鋯陶瓷具有ZTA和ZTM兩種制備方法,該陶瓷性能的提高是通過馬氏體型四方晶變體向單斜晶變體相變達(dá)到的。通過相變?cè)鲰g使這種材料所達(dá)到的性能水平提升,ZrO陶瓷在增韌、強(qiáng)化陶瓷、陶2瓷釉體還有生物醫(yī)學(xué)方面具有很大的應(yīng)用,ZrO基高技術(shù)陶瓷應(yīng)用2廣泛,擁有巨大的發(fā)展?jié)摿?。關(guān)鍵詞:陶瓷材料二氧化鋯ZrO陶瓷增韌21.引言自然界中鋯以鋯英石、斜鋯石和它們的變體形態(tài)出現(xiàn)。純ZrO為白色,含2雜質(zhì)時(shí)呈黃色或灰色,不易分離。ZrO密度5.6g/cm2熔點(diǎn)2715。C。ZrO具有22優(yōu)良的耐熱性、絕緣性、耐蝕性。陶瓷材料種類很多,它具有熔點(diǎn)高、硬度高,化學(xué)穩(wěn)定性高、耐高溫、耐磨損、耐氧化、耐腐蝕,以及彈性模量大、強(qiáng)度高等優(yōu)良性質(zhì)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對(duì)于新型材料的需求也越來越多,陶瓷材料在近十幾年來得到飛速的發(fā)展,隨著它的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,人們對(duì)它的研究也越來越深入,本文將介紹二氧化鋯這種比較典型的特種陶瓷材料(人工合成材料)。二氧化鋯有三種晶型,低溫為單斜晶系,密度5.65g/cm3;高溫時(shí)為四方晶系,密度6.10g/cm3;更高的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄?,密度?.27g/cm3。二氧化鋯陶瓷的熔點(diǎn)在2700。c以上,能耐2300。c的高溫,其推薦使用溫度為2000~2200°C。同時(shí)二氧化鋯的熱膨脹系數(shù)的變化受溫度的影響明顯。在20~200°c階段下,熱膨脹系數(shù)為8x106/°C,在1000°C附件,由于晶體結(jié)構(gòu)由Cft轉(zhuǎn)變,產(chǎn)生體積收縮。但加入增韌劑后抑制了相變,熱膨脹系數(shù)不再受c—t轉(zhuǎn)變的影響[1]。二氧化鋯的化學(xué)穩(wěn)定性很高,各種酸中僅溶于氫氟酸。二氧化鋯陶瓷可以分成以下三種:1)ZrO結(jié)構(gòu)陶瓷2)ZrO氣敏陶瓷223)ZrO導(dǎo)電陶瓷4)ZrO高溫?zé)崦籼沾?NTC)⑵。222.ZrO2陶瓷的制備2ZrO陶瓷可以采用注漿法、干壓法或其他任何粉末成形方法成形。注漿成2彤對(duì)可在穩(wěn)定化ZrO2細(xì)粉中加入少量的阿拉伯樹腔和約20%蒸餾水⑶,ZrO:粒2度以2?5um為宜,粉漿PH:1.3~1.8。ZrO耐火制品也可加入少量磷酸作粘結(jié)2劑,用搗打工藝成形,燒結(jié)溫度1650°C?1800°C,保溫2h?4h。下面列舉最常見的兩種彌散型ZrO材料,ZTA和ZTM的制備方法[4]。22.1ZTA制備工藝制備ZrO2一Al2O3混合粉有三種方法:混合法,共沉淀法和沉淀包裹法。a:混合法工藝流程如下:圖1a—AIO粉是工藝流程如下:圖1a—AIO粉是將NHAl(SO)溶液滴入NHHCI溶液的方法制得r一AIO,煅燒得a—AIO細(xì)粉。442422323ZrO(YO)粉是用ZrOC+YCI用共沉淀法制得的。這一方法制得的混合粉,粒度2 23 l2 3較粗,分散性好,t相保留86.2vol%。b:共沉淀法工藝流程如下:混會(huì)港槪C—C.ZrUCL?SH(O卜miHui工藝流程如下:混會(huì)港槪C—C.ZrUCL?SH(O卜miHuiZrO,CYjOa> 末〉無水乙醉業(yè)水干燥無燒t=S4OT2圖2這一方法制得的混合粉,D=0.05um,粉末比表面積l.78m2/g,分散均勻,pH-9.t一曲圖3t相保留pH-9.t一曲圖3t相保留95vol%。C:沉淀包裹法比眈’八E1IQ—比込i]界化| TC+HCI 」C?1.0ml啊這一方法制得的混合粉,D=0.02um,分散均勻,t相保留達(dá)99vol%。2.2ZTM制備工藝制備混合料也有三種方法:混合法、沉淀、包裹法和反應(yīng)燒結(jié)法a:混合法工藝流程如下圖4兩原始料漿均用研磨方法制得,料漿中固體粒子度小于1umb:沉淀包裹法工藝流程如下:逝罵[燉燒880匸㈠[WRBKPI燒谿I圖5c:反應(yīng)燒結(jié)法根據(jù)反應(yīng)2ZrSi0+3AIO=2ZrO+3ALO?2SiO可制得ZrO。一莫來石混合料。4 23 2 23 2 2為了使反應(yīng)完全,降低燒結(jié)溫度和增加陶瓷的致密度,常常要引入燒結(jié)助劑。如果直接加入燒結(jié)助劑,在燒結(jié)過程中生成液相,會(huì)使制品的力學(xué)性質(zhì)變壞,因此,可采用固溶體的形式加入,這樣則可避免出現(xiàn)附加相。3.二氧化鋯陶瓷的特性制備出來的Zr0基高技術(shù)氧化物陶瓷材料具有一系列的獨(dú)特綜合性能:2高強(qiáng)度和破壞韌性、抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕性、低導(dǎo)熱性和特殊的電物理性能等。這種材料破壞韌性、強(qiáng)度和抗熱沖擊性的明顯提高,是通過馬氏體型四方晶變體向單斜晶變體ZrO(M—ZrO)的相變⑸達(dá)到的。相變?cè)鲰g的效果決定著這種材料22所達(dá)到的性能水平:ZrO基高技術(shù)陶瓷應(yīng)用廣泛,日益受到人們的重視,擁有2巨大的發(fā)展?jié)摿ΑrO或含ZrO陶瓷的主要增韌途徑:22控制ZrO粒子尺寸,使之盡可能小于DH;2控制zrO粒子尺寸的分布,如果粒子尺寸分布太寬,相變持續(xù)的溫度2范圍也寬,韌化機(jī)制不同,控制困難,所以常常希望降低ZrO粒子的分布;2最佳的ZrO體積含量的均勻的彌散,提高體積含量可以提高能量吸收2密度,但過高的含量會(huì)導(dǎo)致微裂紋合并;ZrO粒子和基體的熱膨脹系數(shù)要匹配,希望盡可能接近。這樣,一方2面能保持t相向m相轉(zhuǎn)變時(shí)的接合,另一方面能激發(fā)馓裂紋??刂芞rO粒子本身化學(xué)組成,即穩(wěn)定添加劑的種類和加入量及分布等。2二氧化鋯陶瓷具有很多優(yōu)良性能,是一種先進(jìn)的功能陶瓷材料,其某下典型性能如下表1所示:性能唸宜劑⑶匯理) -3品、二O,y2u;體枳密度(£心『)S.65.65.7—碾氣孔率{體積%)000什更壓強(qiáng)度150017(1luon1l()(t航折強(qiáng)度(MPa)2S0■16035C)丨和彈性模蛍(C;Pa)2(}(}I6AUN(MFaj■2000:~CM17tm70(H)熱傳導(dǎo)率20V(W/mK)J.92.02.52.2膨脳系數(shù)20-moot:(10hK-')10.D10.510.5[2.1)表1部分穩(wěn)定二氧化鋯材料的某些典型性能由于二氧化鋯固溶體具有離子導(dǎo)電性,故可用作高溫下工作的固體電解質(zhì),應(yīng)用于工作溫度為1000~2000。c的化學(xué)燃料電池,還可用于其他電源。利用穩(wěn)定二氧化鋯的高溫導(dǎo)電性,還可將這種材料作為電流加熱的光源和電熱發(fā)熱元件[6]。由于二氧化鋯還能抗熔融金屬的侵蝕,所以多用作鉑等金屬的冶煉坩堝和1800。c以上的發(fā)熱體和爐子、反應(yīng)堆絕熱材料等。特別指出,二氧化鋯作添加劑可大大提高陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷材料的強(qiáng)度達(dá)1200MPa、斷裂韌性為15.0,分別比原氧化鋁提高了三倍和近三倍。它的炕腐蝕性可以用它來做盛鋼水包的內(nèi)襯,在連續(xù)鑄鋼中做澆口磚。二氧化鋯由于其的高強(qiáng)度和優(yōu)良的韌性(常溫抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到2100MPa1000。c時(shí)為1190MPa,經(jīng)過增韌的陶瓷常溫抗彎強(qiáng)度最高可以達(dá)到2000MPa)可以用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件,如軸承、氣缸等。二氧化鋯還具有高溫半導(dǎo)體性,室溫下純二氧化鋯是良好的絕緣體,但超過 1000。c后導(dǎo)電很好,電阻為40?cm,所以這種優(yōu)良的特性可以將它廣泛的應(yīng)用于熱敏感材料類,而且是適合那種高溫情況下,很具有應(yīng)用潛力,而且在最新的MEMS技術(shù)中也可以得到一定的應(yīng)用[7]。最后,二氧化鋯還具有比較好的敏感特性,二氧化鋯穩(wěn)定化后有氧空氣的存在,可用以制作氣敏元件,作為測(cè)量一些氣體的探頭,同時(shí)對(duì)于之前提到的MEMS技術(shù)中更是有很好的應(yīng)用潛力,由于它的這種半導(dǎo)體和以及氣體敏感元件,可以在很多地方得到廣泛的應(yīng)用。4.二氧化鋯的應(yīng)用4.1增韌、強(qiáng)化陶瓷四方Zr0向單斜Zr0,轉(zhuǎn)變時(shí),由于體積變化,在轉(zhuǎn)化粒子的周圍形成許多22小于臨界尺寸的微裂紋[8]。這些微裂紋在負(fù)載作甩下是非擴(kuò)展性的,因此并不降低材料的強(qiáng)度。當(dāng)大的裂紋在負(fù)載作用下擴(kuò)展遇到這些裂紋時(shí).將污發(fā)新的相變,并使擴(kuò)展裂紋轉(zhuǎn)向而吸收能量,從而起到增韌效果。增韌效果見表2。對(duì)于燒結(jié)體表面,由于不存在基體的約束,故四方Zr0容易轉(zhuǎn)變成單斜Zr0,而內(nèi)22部的四方晶型由于受到來自基體各方面的壓力而保持亞穩(wěn)狀態(tài),故表面產(chǎn)生體積膨脹,從而使表面形成壓應(yīng)力,起到表面強(qiáng)化的作用。表2一些陶瓷材料的物理力學(xué)性能。表2—些陶瓷材料的物理力學(xué)性能⑵材料陶瓷基體碼-網(wǎng)奩基離復(fù)合補(bǔ)料浙裂韌性K[t(MPam?:抗彎強(qiáng)度'(MPa)斷裂韌性際抗彎強(qiáng)度(MPa)立方ZrQ2.41802-3200-3006600-800AlsQ?4500500-1300莫來石L81504-5400-500尖晶石2ISO4?5350-500革背石E4120330()燒結(jié)Si3N456G06-7700?900表2一些陶瓷材料的物理力學(xué)性能14.2陶瓷釉體二氧化鋯是耐酸白色搪瓷、細(xì)陶瓷包釉的重要原料。二氧化鋯和稀土元素鐠或稀有元索鈧組成的鐠鋯黃和鈧鋯藍(lán)色釉,包純而亮。唐山陶瓷研究所研制的鐠鋯黃衛(wèi)生瓷,其效果極佳[9]。鐠黃與鈧鋯藍(lán)可配合成淺綠色,色澤柔和。合成釉用二氧化鋯,應(yīng)粒度小、活性大,此時(shí)可使顏料合成溫度降低,并可提高顯色組份含量。4.3二氧化鋯全瓷牙二氧化鋯全瓷牙的基底和牙冠都是全瓷材料,透光性極好,對(duì)光線的反射極佳,完美逼真,形如真牙。二氧化鋯可以說是全瓷牙的頂級(jí)版本,二氧化鋯全瓷牙憑借其卓越的性能和絕美的外觀,獲得眾多明星的青睞。完美逼真,可媲美天然牙⑼。二氧化鋯生物相容性好,對(duì)牙齦無刺激、無過敏反應(yīng),而且非金屬的二氧化鋯全瓷牙對(duì)X線無任何阻擋,日后做頭顱x線、CT、核磁共振檢查時(shí)都不需拆掉,舒適又方便。獨(dú)有的抗破裂性及破裂后強(qiáng)韌的固化性能,使二氧化鋯全瓷牙堅(jiān)固耐用,效果持久。二氧化鋯全瓷牙不僅能完美解決齙牙、虎牙、老鼠牙(個(gè)小牙)、前牙擁擠、前牙稀疏、牙列不齊、牙齒缺損、烤瓷牙失敗等問題,而且對(duì)錯(cuò)過矯正黃金期的成年人以及重度四環(huán)素牙等人群有更佳的效果。5.結(jié)語隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對(duì)于新型材料的需求也越來越多,陶瓷材料在近十幾年來得到飛速的發(fā)展,并逐步轉(zhuǎn)向航空航天領(lǐng)域。隨著它的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,人們對(duì)二氧化鋯功能陶瓷材料的研究也越來越深入。其優(yōu)越性能得到越來越多的專家學(xué)者的認(rèn)可,其制備方法也得到很大改進(jìn)。參考文獻(xiàn)HH.Zender.國(guó)外耐火材料,1991,(5):4?8王零森,特種陶瓷,長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,1994OkadaKandSakunm,T.BritishCeramicTransactions,1994,93(2):7174浙江大學(xué)等四院校合編,硅酸鹽物理化學(xué),北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1980王零森特種陶瓷,長(zhǎng)沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,1994Doug1asCeta1.Sinter—forgingofnanocrysta11inezirconia.J.AmerCeramSoc

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