氧化锆陶瓷文档格式.docx
《氧化锆陶瓷文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氧化锆陶瓷文档格式.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。
近年来，为了改善陶瓷的脆性，
在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。
为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，
高韧性陶瓷，铁电陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶瓷即透明陶瓷，磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。
随着科学技术的发展，
人们可以预期现代陶瓷将会更快地发展，产生更多更新的品种。
二、制作工艺成形方法与结合剂的选择特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。
常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下所示：
特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量成形方法结合剂举例
lt结合剂用量质量
千压法聚乙烯醇缩丁醛等15浇注法丙烯基树脂类13
挤压法甲基纤维素等515注射法聚丙烯等1025等静压法聚羧酸铵等03结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂具有分散剂和润滑功能等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料的组合。
选择结合剂，要考虑以下因素：
1
结合剂能被粉料润湿是必要条件。
当粉料的临界表面张力yoc或表面自由能yos
比结合剂的表面张力yoc大时，才能很好地润湿。
2好的结合剂易于被粉料充分润湿，且内聚力大。
当结合剂被粉料润湿时，在相互分子间发生引力作用，结合剂与粉料间发生红结合一次结合，同时，在结合剂分子内，由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力二次结合。
虽然水也能把杨料充分润湿，但水易挥发，
分子量较小，内聚力小，不是好的结合剂。
按各种有机材料内聚力大小顺序，用基表示可排列如下：
一CONH一CONH2一COOH一OHNO2
COOC2H5一COOCH5CHOCOCH3
CH2CH2
3结合剂的分子量大小要适中。
要想充分润湿，希望分子量小，但内聚力弱。
随着分子量增大，
结合能力增强。
但当分子量过大时，围内聚力过大而不易被润湿，且易使坯体产生变形。
为了帮助分子内的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，
使结合剂更加柔软，便于成形。
4为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质，使产品产生有害的缺陷。
在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合，达到分散，尽可能不含有凝聚粒子。
结合剂受到种类及其分子量，粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，
通过立体稳定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用。
在成形工序中，结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作业性。
一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。
因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量。
陶瓷注射成形和成形用结合剂氮化硅等特种陶瓷材料具有高强度、高耐磨性、低密度轻量化、耐热性、耐腐蚀性等优良性能，适用于制造涡轮加料机叶轮、摇臂式烧嘴、辅助燃烧室等汽车用陶瓷部件。
这些部件要求复杂的形状、高精度尺寸和高可靠性。
不允许有内在缺陷裂纹、气孔、异物等和表面缺陷。
能满足这些质量要求的成形技术之一，就是陶瓷注射成形法。
陶瓷注射成型技术来源于高分子材料的注塑成型，借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成型的，成型之后再把高聚物脱除。
比传统的陶瓷加工工艺要简单的多，能制造出各种复杂形状的高精度陶瓷零部件，且易于规模化和自动化生产。
目前，由清华大学材料科学与工程系杨金龙教授发明的CiM陶
瓷胶态注射成型方法及装置技术在国内该领域中处于领先水平。
陶瓷的注射成型技术有着诸多优点，用它制备复杂形状的陶瓷元件，
不仅产品尺寸精度高、表面条件好，而且省去了后加工操作，降低了生产成本，缩短了生产周期，还具有自动化程度高、适合于大规模生产的特点。
该工艺一般包括下列步骤：
陶瓷粉的选取、粘结剂的选取、陶瓷粉与粘结剂的均匀混合、注射成型、脱脂、烧结。
其中脱脂是关键。
起初的陶瓷成型注射技术是将大量的高分子树脂与陶瓷粉体混练在一起后得到混合料，然后装入注射机于一定温度注入模具，迅速冷凝后脱模而制成坯体。
该技术适合制备湿坯强度大，尺寸精度高，机械加工量少，
坯体均一的产品，适于大规模生产。
对形状复杂、厚度较薄产品的制备有着明显的优越性。
但是由于含有大量的高分子粘结剂，使陶瓷坯体的脱脂成为不可逾越难题，
并且有毛坯易变形，容易形成气孔等缺点。
粘结剂能使粉末填充成预期形状，它对整个工艺有重要的影响。
理想的粘结剂应该具有以下特点：
1在成型温度下纯粘结剂的粘度在1Pas以下，流动时不发生与粉体的分离，冷却后有足够的强度和硬度
2为惰性物质，与粉体不发生反应
3在成型和混合温度以上才分解，分解的产物无毒、无腐蚀性且残余灰分少
4膨胀系数低，由热膨胀或结晶引起的残余应力低
5符合环保要求，价廉、安全、不吸湿、无易挥发组分，贮藏寿命长。
目前使用的大多数粘结剂可分为3类：
蜡基或油基粘结剂、水基粘结剂和固体聚合物溶液。
蜡基粘结剂通常含3-4个组分，聚合物控制着流动粘度、生品烧结前的坯体强度和脱脂的特征。
短分子链的成型性能好且可使成型元件中的定向作用减至最小。
蜡或油是主填充剂，在脱脂的初期被除去。
表面活性剂用于改善粉末与粘结剂的相容性。
增塑剂用来调节聚合物的流动特性。
水基粘结剂含有水溶性聚合物、凝胶或水玻璃。
这类粘结剂通常采用低压成型以避免粉末与粘结剂的分离和减少模具磨损及残余应力。
由于水易于除去，这使得制造较厚的元件成为可能。
粘结剂溶液的凝固或胶凝使生品具有了强度。
在烧结前，水从生品中蒸发或升华出去，使变形降至最低程度。
新型的、采用聚苯乙烯的固体聚合物溶液的粘结剂配方已经被采用以避免变形。
主填充剂用溶液浸渍法除去。
由于聚苯乙烯的骨架结构没法被削弱，所以避免了生品的变形。
主填充剂是一种小的有机物分子，它既有苯环又有极性集团。
苯环使它在混合时可溶于聚苯乙烯，极性集团则使它在脱脂时可溶于水或醇等溶剂中。
常见的粘结剂有聚丙烯PP、无规则聚丙烯APP、聚乙烯PE、乙烯一醋酸乙烯共聚体EVA、聚苯乙烯PS、丙烯酸系树脂等。
其中PE具有优异的成形性EVA与其他树脂的相溶性好，流动性、成形性也好
APP具有与其他树脂相溶性好、富于流动性和脱脂性的特征PS流动性好。
助剂有蜡石石蜡、微晶石蜡、变性石蜡、天然石蜡、硬脂酸、配合剂等。
成形材料的流动性可以使用高式流动点测定器和熔化分度器进行评价。
当脱脂具有结合剂的含量多时，则脱脂性有降低的倾向，助剂的石蜡多者，脱脂性好。
如果有机材料在特定的温度区域不能全部飞散掉，就会影响陶瓷的烧结，因此，需要考虑热分解特性，
加以选择。
陶瓷挤压成形和成形用结合剂堇青石由于具有耐热性、耐腐蚀性、多孔质性、低热膨胀性等优良材料特性，所以广泛用作汽车尾气净化催化剂用载体。
堇青石蜂窝状物利用原料粒子的取向，产生出蜂窝状结构体的低热膨胀，可用挤压成形法来制造。
根据堇青石分子组成2MgO2Al2O35SiO2，原料可选用滑石、高岭土和氧化铝。
成形用坯土从口盖里面的供给孔进入口盖内，经过细分后，向薄壁扩展，再结合，由此求得延伸性和结合性好的质量。
另外，作为挤压成形后的蜂窝状体，为了保持形状，坯土的屈服值高者好，也就是说，选择结合剂应使坯土的流动性和自守性两个性能达到最佳化。
原料粉末、结合剂、助剂润滑剂、界面活性剂等及水经机械混练后，用螺杆挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成形。
一般来说，挤压成形使用的结合剂只要用低浓度水溶液，便可显示出高粘性的结合性能。
常用的有甲基纤维素MC、羧甲基纤维素CMC、聚氧乙烯PEO、聚乙烯醇PVA、羟乙基?
宋兀℉EC等。
MC能很好溶于水中，当加热时很快胶化。
CMC能很好溶于水中，分散性、稳定性也高。
PVA广泛地用于各种成形。
润滑剂可减少粉体间的摩擦，界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性。
缺乏可塑性，具有膨胀特性的坯土使挤压不够光滑，表面缺陷增加。
因此，对结合剂的性能应有评价指标。
评价还土的可塑性方法，有施加扭曲、压缩、拉伸等应力，求出应力与变形之间的关系，用毛细管流变计的方法、粘弹性的方法等。
用这种方法可以评价坯土的自守性和流动性。
在用粘弹性的方法评价时，可得出结合剂配合量增加到一定程度时，自守性和流动性均会增加的结果。
也就是说，结合剂配合量的增加有助于原料的可塑性增加。
有机材料是特种陶瓷的主要结合剂，合理选用这些有机材料是保证产品质量的关键。
在生产中，应根据粉料的特性、制品的形状、成形方法综合进行选择。
第二节氧化锆一、简介氧化锆ZrO2自然界的氧化锆矿物原料，
主要有斜锆石和锆英石。
锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、棕黄、黄绿等，
比重46—47，硬度75，具有强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料。
纯的氧化锆是一种高级耐火原料，其熔融温度约为2900℃它可提高釉的高温粘度和扩大粘度变化的温度范围，有较好的热稳定性，其含量为2-3时，能提高釉的抗龟裂性能。
还因它的化学惰性大，故能提高釉的化学稳定性和耐酸碱能力，还能起到乳浊剂的作用。
在建筑陶瓷釉料中多使用锆英石，一般用量为8—12。
并为“釉下白”的主要原料，氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂，若想获得较好的钒锆黄颜料必须选用质纯的氧化锆。
纯净的氧化锆是白色固体，含有杂质时会显现灰色或淡黄色，
添加显色剂还可显示各种其它颜色。
纯氧化锆的分子量为123.22，理论密度是
5.89g/cm3，熔点为2715℃。
通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响。
氧化锆有三种晶体形态：
单斜、四方、立方晶相。
常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。
由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化，冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。
但是添加稳定剂以后，四方相可以在常温下稳定，因此在加热以后不会发生体积的突变，大大拓展了氧化锆的应用范围。
二、作用氧化锆材料具有高硬度，高强度，高韧性，极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能，氧化锆已经在陶瓷、耐火材料、机械、电子、光学、航空航天、生物、化学等等各种领域获得广泛的应用。
三、性能
二氧化锆具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。
二氧化锆有3中晶型，属于多晶相转化物。
稳定的低温相为单斜相高于1000°
时，四方相逐渐形成高于2370°
时，
转变为立方晶相。
氧化锆熔点2700℃，莫氏硬度7，有两种变体，1000℃以下为单斜晶系密度568gcm3，1000℃时生成四方晶系密度610gcm3，此晶型转变为可逆转变，冷却过程中晶型转化时伴有7
的体积膨胀，可导致制品开裂。
加入稳定剂与Zr02生成立方晶系固溶体，可消除由上述晶型转化带来的体积膨胀。
氧化锆热导率低1000℃
，209WmK，线膨胀系数大251500℃
94×
10-6℃，
高温结构强度高，1000℃时耐压强度可达12001400MPa。
导电性好，具有负的电阻温度系数，电阻率1000℃时104Ωcm，1700℃时67Ωcm。
化学稳定性好，2000℃
以下对多种熔融金属、硅酸盐、玻璃等不起作用。
苛性碱、碳酸盐和各种酸浓硫酸和氢氟酸除外的溶液与氧化锆不起作用。
第三节氧化锆陶瓷一、名称二氧化锆陶瓷，ZrO2陶瓷，Zirconia
Ceramic。
二、种类及特点纯ZrO2为白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有HfO2，不易分离。
世界上已探明的锆资源约为1900万吨，氧化锆通常是由锆矿石提纯制得。
在常压下纯ZrO2共有三种晶态：
单斜
Monoclinic氧化锆m-ZrO2、四方Tetragonal氧化锆t-ZrO2和立方Cubic
氧化锆c-ZrO2，上述三种晶型存在于不同的温度范围，并可以相互转化：
温度
密度单斜Monoclinic氧化锆m-ZrO2
lt950℃
5.65g/cc四方Tetragonal
氧化锆t-ZrO2
1200-2370℃
6.10g/cc立方Cubic氧化锆c-ZrO2
gt2370℃
6.27g/cc上述三种晶态具有不同的理化特性，在实际应用为获得所需要的晶形和使用性能，通常加入不同类型的稳定剂制成不同类型的氧化锆陶瓷，如部分稳定氧化锆partially
stabilized
zirconia，PSZ，当稳定剂为CaO、MgO、Y2O3时，分别表示为Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ等。
由亚稳的t-
ZrO2组成的四方氧化?
浦
姆窖趸嗑逄沾蓆etragonal
zirconia
polycrystal，TZP。
当加入的稳定剂是
Y2O3
、CeO2，则分别表示为Y-TZP、Ce-TZP等。
三、氧化锆粉体的制备氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体，氧化锆超细粉末的制备方法很多，氧化锆的提纯主要有氯化和热分解法、碱金属氧化分解法、石灰熔融法、等离子弧法、沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。
粉体加工方法有共沉淀法、溶胶一凝胶法、蒸发法、超临界合成法、微乳液法、水热合成法网及气相沉积法等。
四、氧化锆陶瓷的成型氧化锆陶瓷的成型有干压成型、等静压成型、注浆成型、热压铸成型、流延成型、注射成型、塑性挤压成型、胶态凝固成型等。
五、氧化铬陶瓷的烧结氧化锆陶瓷可采用的烧结方法通常有:
1无压烧结，2热压烧结和反应热压烧结，3热等静压烧结HIP，4微波烧结，5超高压烧结，6
放电等离子体烧结SPS，7原位加压成型烧结等。
六、氧化锆陶瓷的应用在结构陶瓷方面，由于氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，
热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。
主要有:
Y-TZP磨球、分散和研磨介质、喷嘴、球阀球座、氧化锆模具、微型风扇轴心、光纤插针、光纤套筒、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、表壳及表带、高尔夫球的轻型击球棒及其它室温耐磨零器件等。
在功能陶瓷方面，其优异的耐高温性能作为感应加热管、耐火材料、发热元件使用。
氧化锆陶瓷具有敏感的电性能参数，主要应用于氧传感器、固体氧化物燃料电池SolidOxideFu
elCe
llSO
FC和高温发热体等领域。
Zr02具有较高的折射率N-2122，在超细的氧化锆粉末中添加一定的着色元素V205
Mo03
Fe203等，可将它制成多彩的半透明多晶Zr02材料，像天然宝石一样闪烁着绚丽多彩的光芒，可制成各种装饰品。
另外，氧化锆在热障涂层、催化剂载体、医疗、保健、耐火材料、纺织等领域正得到广泛应用。
第三部分行业前景
第一节陶瓷的应用现状与发展分析一、应用现状陶瓷是人类生活和生产中不可缺少的一种材料。
陶瓷产品的应用范围遍及国民经济各个领域。
它的发展经历了从简单列复杂、从粗糙到精细、从无油到施釉、从低温到高温的过程。
随着生产力的发展和技术水平的提高各个历史阶段赋予陶瓷的涵义和范围也随之发生变化。
原来的陶瓷就是指陶器和瓷器的通称。
也就是通过成型和高温烧结所得到的成型烧结体。
传统的陶瓷材料主要是指硅铝酸盐。
刚开始的时候人们对硅铝酸盐的选择要求不高，纯度不大，颗粒的粒度也不均一，成型压强不高。
这时得到陶瓷称为传统陶瓷。
后来发展到纯度高，粒度小且均一，成型压强高，进行烧结得到的烧结体叫做精细陶瓷。
氮化硅、碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。
利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。
功能陶瓷种类繁多，用途各异。
例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等形形色色的电子零件。
利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。
此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。
总之，陶瓷现在已经在很多领域得到广泛应用。
二、陶瓷发展趋势分析1.特种陶瓷特种陶瓷，又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类。
特种陶瓷按照化学组成划分有：
1.氧化物陶瓷：
氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、氧化钛、氧化钍、氧化铀等。
2.氮化物陶瓷：
3.碳化物陶瓷：
4.硼化物陶瓷：
5.硅化物陶瓷：
硅化钼等。
6.氟化物陶瓷：
氟化镁、氟化钙、氟化镧等。
7.硫化物陶瓷：
例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结?
隙傻娘阉崆纾≒
LZT陶瓷等等。
近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料。
特种陶瓷材料
1纳米陶瓷它是指晶粒尺寸，晶界宽度，
第二相分布，缺陷尺寸均在100nm以下并具有纳米材料固有特征的陶瓷材料。
必须指出，即使采用纳米粉料，坯体在烧成过程中往往发生晶体迅速成长，甚至出现二次重结晶等问题，结果导致产品已不是纳米陶瓷，而是微米陶瓷，因而失去了纳米材料的固有特性，也就不能称为纳米陶瓷.另一方面近来许多报道表明，一旦获得纳米陶瓷，将可望克服陶瓷材料的脆性，而且有显著的超塑性和高强度。
2陶瓷分离膜它是一种固态膜，主要有两部份构成，即膜支撑体及多孔膜。
支撑体广泛采用含铝量高的氧化铝陶瓷。
多孔膜主要由AL2O3，ZrO2，
TiO2和SiO2等为主体构成。
一般分离膜孔径为：
250nm，有时达微米级，其品种，
规格日趋多样化。
分离膜通常具有化学稳定性好，能耐酸，耐碱，耐有机溶剂，机械强度高，耐磨性好，可反向冲洗抗微生物能力强耐高温孔径分布范围窄，
分离效率高等特点。
目前许多产品已在废水处理、果汁生产、固液分离等方面获得应用，可望在环境工程，石油化工，生物工程，冶金工业及纳米粉料制备等众多领域获得广泛应用，市场前景颇好，社会经济效益显著。
当前陶瓷膜分离技术发展迅速，正向着介孔膜及气气分离膜方向发展。
3仿生复相陶瓷为克服陶瓷材料的脆性，提高其韧性，国内外许多科学家们从对天然生物材料如竹，贝壳等的结构特征所进行的判析中得到启示，从而进一步对结构陶瓷的材料设计，制备工艺等多方面进行了研究。
果然，获得了某些仿生复相陶瓷。
主要技术措施有纤维、晶须补强，
颗粒弥散，自补强原位生长，多相补强以及表面改性等。
例如，YTZP.
升级会员 