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氧化鋯陶瓷的幾大應用領域

內容導讀:氧化鋯陶瓷從20世紀20年代初就被應用于耐火材料領域,直至今天在耐火材料領域仍然占有一席之地。

  1.氧化鋯陶瓷耐火材料

  氧化鋯陶瓷從20世紀20年代初就被應用于耐火材料領域,直至今天在耐火材料領域仍然占有一席之地。

  氧化鋯陶瓷坩堝

  如前所述氧化鋯陶瓷的熔點高達2700℃,即使加熱到1900多攝氏度也不會與熔融的鋁、鐵、鎳、鉑等金屬,硅酸鹽和酸性爐渣等發生反應,所以用氧化鋯材料制作的坩堝能成功地熔煉鉑、鈀、釕、銫等鉑族貴金屬及其合金,亦可用來熔煉鉀、鈉、石英玻璃以及氧化物和鹽類等。

  氧化鋯陶瓷耐火纖維

  氧化鋯陶瓷纖維是唯一一種能夠在1600℃以上超高溫環境下長期使用的陶瓷纖維耐火材料,具有比氧化鋁纖維、莫來石纖維、硅酸鋁纖維等更高的使用溫度和更好的隔熱性能,并且高溫化學性質穩定、耐腐蝕、抗氧化、不易揮發、無污染。這些優異特性決定了氧化鋯陶瓷纖維是一種頂尖的高檔耐火纖維材由南京理工大學攻關的氧化鋯纖維技術目前已經取得比較成熟的制備工藝。

  氧化鋯陶瓷窯爐材料

  氧化鋯作為耐火材料主要用在大型玻璃池窯的關鍵部位,早期使用的鋯質耐火材料,其氧化鋯含量僅為33%~35%,氧化鋯94%~95%的鋯質耐火材料,將其使用在玻璃窯頂部和關鍵部位,大大提高了玻璃窯的壽命。

  將氧化鋯陶瓷熔融、吹制后得到大小不同的氧化鋯陶瓷空心球,制備各種高級隔熱磚,避免了陶瓷纖維老化后的粉塵污染問題,主要生產研發廠家有中東莞科眾金屬有限公司。

  2.氧化鋯陶瓷結構陶瓷

  1975年澳大利亞R.G.Garvie以氧化鈣為穩定劑制得部分穩定氧化鋯陶瓷,并首次利用氧化鋯陶瓷馬氏體相變增韌的效應,提高了韌性和強度,極大的擴展了氧化鋯陶瓷在結構陶瓷領域的應用。

  ZrO2增韌氧化鋯陶瓷實際上是由添加不同穩定劑組成的部分穩定ZrO2,其確定的晶體結構是以四方相(亞穩相)為主體的含有立方相和單斜相組成的多晶結構,它具有高的韌性、高的抗彎強度、高的硬度和耐磨性等特點,更顯示出應用的廣泛性。氧化鋯陶瓷在機械、電子、石油、化工、航天、紡織、精密測量儀器、精密機床、生物工程和醫療器械等行業有著廣泛的應用前景。

  由于部分穩定氧化鋯陶瓷具有低熱導率、強度韌性好,低彈性模量,高抗熱沖擊性,高工作溫度(1100℃),所以用于制造狄索爾發動機零件,內燃機零件。氧化鋯陶瓷具有小體積,重量輕,熱效高,是一種有效的節能發動機。

  ZrO2增韌氧化鋯陶瓷在內燃機中的應用是成功的。美國絕熱發動機計劃的目標是取消水冷系統,對燃燒室絕熱,利用排出的熱能,提高熱效率,減少發動機重量。在絕熱內燃機中,韌性氧化鋯陶瓷還可用做汽缸內襯、活塞頂、氣門導管、進氣和排氣閥座、軸承、挺桿、凸輪、凸輪隨動件和`活塞環等零件。

  氧化鋯陶瓷絕熱內燃機的熱效率已達到48%(普通內燃機為30%)。氧化鋯陶瓷絕熱內燃機省去了散熱器、水泵、冷卻管等360個零件,質量減少191㎏,增韌氧化鋯陶瓷在轉缸式發動機中用做轉子。

  日本、美國、德國等一些技術發達國家用韌性氧化鋯陶瓷制作發動機。同時還用制造計算機驅動組件,密封件,航空發動機的散熱葉片等。

  部分穩定氧化鋯陶瓷具有高的硬度和耐磨性,所以氧化鋯陶瓷在磨介和磨具領域中有著廣泛的應用:如球磨球和球磨機內部襯里和耐磨部件,拉絲模等。我國關于韌性陶瓷在磨介領域占一半以上,而其中氧化鋯陶瓷球占絕對優勢。

  由于氧化鋯陶瓷沒有磁性、不導電、不生銹、耐磨,所以在生物醫學器械領域和刀具工具領域中應用很廣:

  氧化鋯陶瓷用于醫學手術刀和剪磁帶等有磁性物質的制品,制作人造骨骼、人造關節、人工牙齒等。

  部分穩定氧化鋯陶瓷通過粉末冶金方法,制備避磁的手表表殼、耐腐的表件和其它儀表另件。

  氧化鋯陶瓷用來制作切菜刀、剪刀、螺絲刀、榔頭、鋸、斧頭等,既更適宜于切生吃食物和熟食。日本近來開發出高鈰氧化鋯增韌陶瓷刀具,復合物用Ce2O3作穩定劑,以取代金屬陶瓷,斷裂韌性是金屬的3倍,切削能力提高1.5倍。

  CeO2—ZrO2可以形成很寛范圍的四方氧化鋯固溶體相區。添加摩爾分數為15~20?O2可使四方相氧化鋯的相變溫度降低到25℃以下。

  氧化鋯陶瓷在軍事上用作制造防彈盔甲等。在鋼鐵生產工業用的陶瓷扎輥和導輥,表面摩損很小。

  結構陶瓷作為氧化鋯陶瓷的一個新型應用領域,目前越來越為人們所重視。中國目前的氧化鋯結構陶瓷,有70%的企業是由氧化鋯鋁陶瓷行業轉化而來的。中國市場的部分穩定氧化鋯的應用正處于起步發展階段主要為:光纖接插件及套管、氧化鋯磨介、刀具、紡織及煙草機械承板等。其中磨介占據一半以上的份額。

  氧化鋯陶瓷市場總量在300~400噸/年,其中用于光纖接插件插芯、套管、跳線的氧化鋯陶瓷等在80~100噸/年。長期以來,中國的部分穩定氧化鋯陶瓷的生產工藝不夠完善、產品質量不高、粉末性能不好。另外,下家客戶加工工藝未過關,所以,各使用客戶只是試用,而不能正常應用,因此該產品的大部分原粉被日本產品所占領,特別是一些高端行業,如光纖接插件和高級結構陶瓷等,幾乎都是用日本的產品。

  氧化鋯陶瓷光纖接插件和光纖跳接線:

  用氧化鋯陶瓷制作的光纖連接器與光纖跳接線是光纖網路中應用面最廣并且需求量最大的光無源器件。單模多?;顒庸饫w連接器中核心零件,其中主要部件—二氧化鋯陶瓷套管(即連接器精密針),它所用的材料就是氧化釔Y2O3穩定的四方氧化鋯粉末。

  氧化鋯陶瓷軸承

  氧化鋯全陶瓷軸承具抗磁電絕緣、耐磨、耐腐蝕、無油自潤滑、耐高溫、耐高寒等特點,可用于極度惡劣環境及特殊工況。

  目前氧化鋯陶瓷軸承已被微型冷卻風扇所采用,其產品壽命及噪音穩定性均優于傳統的滾珠及滑動軸承系統,富士康公司率先在電腦散熱風扇上采用了氧化鋯陶瓷軸承。

  氧化鋯陶瓷閥門

  我國各個行業中普遍使用的閥門是金屬閥門,金屬閥門的使用也有100多年的歷史,期間雖然也經歷過材料及結構的改變,但由于受金屬材料自身的限制,金屬的腐蝕破壞對閥門耐磨性的作用期限、可靠性、使用壽命具有相當大的影響,機械和腐蝕的作用因素對金屬的作用大大地增加了接觸表面總的磨損量,閥門操作過程中,摩擦的表面由于同時的機械作用和金屬與環境進行化學的或電化學的相互作用的結果產生磨損和破壞,對于閥門而言,其管道工作氣候條件的復雜;石油、天然氣和油層水等介質中硫化氫、二氧化碳和某些有機酸的出現,使其表面的破壞力增大,從而迅速失去工作能力。

  氧化鋯陶瓷閥門優良的耐磨性、防腐性、抗高溫熱震性,能夠勝任這一領域。

  氧化鋯陶瓷研磨材料

  氧化鋯陶瓷磨球具有硬度大、磨損率小、使用壽命長、可大幅減少研磨原料的污染,能夠很好地保證產品質量,同時氧化鋯陶瓷材料密度大,用做研磨介質時撞擊能量強,可大大提高研磨分散效率,可有效縮短研磨時間。

  氧化鋯陶瓷良好的化學穩定性決定了其耐腐蝕性,可以在酸性和堿性介質中使用。

  由中國建筑材料科學研究院研究開發的氧化鋯陶瓷磨球,磨損率僅為0.04/24h,在球磨、振動磨、行星磨和攪拌磨等磨機中被廣泛采用當作研磨介質。

  3.氧化鋯功能陶瓷

  圓珠筆用氧化鋯陶瓷球珠

  我國是制筆大國,國際上每5支筆中有4支來自中國,已形成近800億元/年的市場,一般情況下,圓珠筆用球珠主要是不銹鋼和炭化鎢材料,但這類球珠在書寫過程中經常出現斷線、掉珠、死珠、蘸頭等現象,目前由河北省勇龍邦大新材料有限公司與清華大學新型陶瓷與工藝國家重點實驗室共同研制的“圓珠筆用氧化鋯陶瓷球珠”克服了以上缺陷,填補了國內空白,該科技成果已被列為國家制筆行業“十一五”國家重點推廣新產品[3]。

  氧化鋯陶瓷刀具

  氧化鋯陶瓷刀具具有高強度、耐磨損、無氧化、不生銹、耐酸堿、防靜電、不會與食物發生反應的特點,同時刀體光澤如玉,是當今世界理想的高科技綠色刀具,目前市場主要產品有:氧化鋯陶瓷餐刀、剪刀、剃須刀、手術刀等,近幾年在歐、美、日、韓等地已開始流行。

  氧化鋯高溫發熱材料

  氧化鋯在常溫下為絕緣材料,比電阻高達1015Ω·cm,溫度升高至600℃可以導電,而在1000℃以上時是良導體,可作1800℃高溫發熱元件,最高工作溫度可以達到2400℃,目前已經被成功地用于2000℃以上氧化氣氛下的發熱元件及其設備中,磁流體發電的電極材料也在積極的研究之中。

  氧化鋯生物陶瓷材料

  烤瓷牙家族中的貴族—氧化鋯烤瓷牙,烤瓷牙材料的好壞直接影響它的質量和患者身體健康,因烤瓷牙的內冠是由不同金屬材料制作而成,金屬內冠易與口腔唾液發生氧化反應,氧化鋯材質的烤瓷牙由于沒有金屬內冠層,牙齒透明度好,光澤度極佳,更有效避免了牙齒過敏和牙齦黑線等問題,具有足夠好的遮色能力,能夠完美解決重度四環素牙患者的牙齒美容需求,而且氧化鋯材質的強韌性彌補了普通烤瓷牙易蹦缺的缺點,生物相容性好,不刺激口腔粘膜組織,易于清潔,是目前國內外最優質的烤瓷牙。

  氧化鋯涂層材料

  高性能Y2O3等穩定劑穩定的氧化鋯熱障陶瓷涂層材料,主要應用于高性能渦輪航空發動機。

  氧化鋯通訊材料

  近年來隨著信息及通信等新興產業的發展,其產品越來越向高精密、小型化方向發展,增韌氧化鋯陶瓷優良的力學性能、耐腐蝕及高絕緣性能能夠勝任這一領域,目前已有氧化鋯陶瓷插針和氧化鋯陶瓷套筒產品問世。在陶瓷PC型光纖活動連接器中,二氧化鋯插針體是其關鍵部件。

  氧化鋯氧傳感器

  汽車工業中在使用三效催化轉化器降低排放污染的發動機上,氧傳感器是必不可少的,目前使用的氧傳感器有氧化鈦式和氧化鋯式兩種,其中應用最多的就是氧化鋯式氧傳感器。

  早在20世紀70年代中期,日本汽車生產技術完備卻難以進入美國市場,但美國制定新政策限制汽車尾氣污染給日本帶來了機會,日本科學家把氧化鋯制成多孔氧傳感器,裝在發動機里自動檢測發動機里氧氣與燃燒氣體的比例,并自動控制輸入氣體和排出氣體的比例,從而大大減少汽車排放的有害氣體,使日本汽車一舉打入美國市場。

  4.氧化鋯陶瓷裝飾材料

  傳統意義上的裝飾陶瓷由普通硅酸鹽系統材料制作而成,例如:陳設瓷中的花瓶、陶瓷畫板、室內外裝潢用陶瓷墻地磚等。氧化鋯陶瓷裝飾材料開創了人類美化自身的新領域,目前主要應用于單純的佩飾品及兼有應用功能的佩飾品。

  氧化鋯陶瓷寶石材料

  氧化鋯陶瓷寶石材料分為天然立方氧化鋯和人工合成立方氧化鋯陶瓷兩種。

  自然狀態下天然的立方氧化鋯陶瓷極難尋找到,決定了其具有了寶石材料稀有性的特點,自然形成的立方氧化鋯顏色非常豐富,大顆優質的天然鋯石價格決不在同等的鉆石之下,是非常稀少的貴重天然寶石。

  人工合成立方氧化鋯光學性能良好,是廉價而有美麗的鉆石替代品。

  氧化鋯陶瓷首飾

  氧化鋯陶瓷首飾目前主要有以下幾種類型:

 ?。?)鑲嵌了氧化鋯陶瓷的銀首飾,在這里氧化鋯陶瓷的范圍就比較寬廣,包括二氧化鋯石、工業二氧化鋯、高純二氧化鋯、穩定二氧化鋯、超細二氧化鋯、鋯英砂、鋯英粉等,鑲有立方氧化鋯的銀鍍銠的首飾特別受歐洲客戶的青睞。

 ?。?)單純氧化鋯陶瓷材料佩飾品,是目前裝飾陶瓷市場正悄然興起的一類產品,國內已有陶瓷生產公司在研究、開發、銷售這類產品過程中走在了同行業的前列,對這一產業政府也給予了高度重視,2006年北京市科技型中小企業技術創新基金無償資助項目中就有彩色氧化鋯結構陶瓷的研制,市面上有近300多種新的陶瓷佩飾產品,既包括各種新型的款式也包括各種色澤明快的顏色,而且該類產品在歐、美、日和中國香港等地區均有很好的市場,特別受到歐洲市場的青睞。

 ?。?)兼有應用功能的佩飾品,典型的產品是氧化鋯陶瓷手表表殼、表圈、表帶等產品,國際知名品牌Chanel/香奈爾、RADO/雷達等手表均有全氧化鋯陶瓷款式,而且價格不菲。

  5.氧化鋯陶瓷其它應用

  與氧化鋯陶瓷形成復相材料

  與其它材料復合形成的復相材料,比如氧化鋯與氧化鋁、莫來石等材料形成的復相材料,得到了比單相材料具有更優異性能的新材料。

  普通氧化鋯陶瓷添加劑

  陶瓷色釉料方面的應用:氧化鋯為黃綠色顏料良好的助色劑,若想獲得性能較好的釩鋯黃顏料,必須選用質純的氧化鋯,另外在釉料制造方面,純的氧化鋯可以提高釉的高溫粘度和擴大高溫粘度變化的溫度范圍,有較好的熱穩定性,其含量為2%~3%時,能提高釉料的抗龜裂性能,還因氧化鋯陶瓷的化學惰性大,能提高釉料的化學穩定性和抗酸堿侵蝕的能力,有時也被用來制作乳濁釉。

  氧化鋯陶瓷制備鉻酸鹽原料

  氧化鋯陶瓷制備鋯酸鹽的原料,由二氧化鋯和一些金屬氧化物或金屬碳酸鹽反應生成,它們都是大分子結構,具有各種電性能,為高溫、電子元器件等領域所應用。

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