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氧化锆陶瓷材质行业应用

来源:www。taocibang。net作者:氧化锆陶瓷更新时间:2015-09-15 点击:次

氧化锆材质作为一种重要原材料,下游应用涉及行业广泛,新应用行业不断拓展。

氧化锆陶瓷应用范围有结构陶瓷、耐火材料、功能陶瓷、陶瓷色釉料、玻璃、其他领域如氧化锆宝石材料、氧化锆陶瓷、催化剂等。电熔锆主要应用于耐火材料、陶瓷色料、磨料、金属锆的生产,使用量占电熔锆80%以上。我们查阅了相关文献,目前氧化锆应用领域简要概述如下。

氧化锆陶瓷
氧化锆陶瓷

1、氧化锆下游应用简介

(1)耐火材料是化学氧化锆的最早应用领域之一,也是应用最为广泛的领域之一,化学锆主要用于生产氧化锆坩埚、氧化锆耐火纤维、氧化锆窑炉材料等耐火制品。虽然目前耐火材料基本使用低价的电熔氧化锆,但高档的耐火材料依旧使用化学锆。

氧化锆坩埚是一种极好的耐火材料,氧化锆的熔点高达2700℃,即使加热到1900多摄氏度也不会与熔融的铝、铁、镍、铂等金属,硅酸盐和酸性炉渣等发生反应,所以用氧化锆材料制作的坩埚能成功地熔炼铂、钯、钌、铯等铂族贵金属及其合金,亦可用来熔炼钾、钠、石英玻璃以及氧化物和盐类等。

氧化锆陶瓷坩埚

氧化锆纤维是唯一一种能够在1600℃以上超高温环境下长期使用的陶瓷纤维耐火材料,具有比氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等更高的使用温度和更好的隔热性能,并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、不易挥发、无污染。这些优异特性决定了氧化锆纤维是一种顶尖的高档耐火纤维材。

氧化锆用作窑炉耐火材料主要应用于大型玻璃池窑的关键部位,早期使用的锆质耐火材料,其氧化锆含量仅为33%~35%,日本随后研制成功含氧化锆94%~95%的锆质耐火材料,将其使用在玻璃窑顶部和关键部位,大大提高了玻璃窑的寿命。高纯锆耐火材料产品使用可以避免杂质污染玻璃品质。将氧化锆熔融、吹制后得到大小不同的氧化锆空心球,制备各种高级隔热砖,避免了陶瓷纤维老化后的粉尘污染问题。

(2)结构陶瓷是高端化学锆的主要应用领域之一,氧化锆陶瓷指以氧化锆为主要成分的陶瓷材料,化学锆主要用于生产氧化锆陶瓷轴承、氧化锆陶瓷阀门等机械零部件以及氧化锆陶瓷研磨材料。氧化锆结构陶瓷它不仅具有耐高温、耐腐蚀、耐损、高强度等优点,而且还具有优良的热性能和电性能。氧化锆结构陶瓷的研究、开发和应用早已引起世界各国的高度重视,尤其是自从1975年澳大利亚科学家Garvie首先发明氧化锆增韧陶瓷以来,这方面的研究开发进展迅速。目前日本在复合氧化锆、氧化锆结构陶瓷的技术、生产、应用等方面处于世界领先地位,美国次之。国内上市公司东方锆业的高性能Al-Y复合氧化锆主要用于氧化锆陶瓷。

氧化锆全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨、耐腐蚀、无油自润滑、耐高温、耐高寒等特点,可用于极度恶劣环境及特殊工况。目前氧化锆陶瓷轴承已被微型冷却风扇所采用,其产品寿命及噪音稳定性均优于传统的滚珠及滑动轴承系统。

氧化锆陶瓷阀门

氧化锆陶瓷阀门拥有优良的耐磨性、防腐性、抗高温热震性。目前,我国各个行业中普遍使用的阀门是金属阀门,金属阀门的使用有100多年的历史,期间虽然也经历过材料及结构的改变,但由于受金属材料自身的限制,金属的腐蚀破坏对阀门耐磨性的作用期限、可靠性、使用寿命具有相当大的影响,机械和腐蚀的作用因素对金属的作用大大地增加了接触表面总的磨损量,阀门操作过程中,摩擦的表面由于同时的机械作用和金属与环境进行化学的或电化学的相互作用的结果产生磨损和破坏,对于阀门而言,其管道工作气候条件的复杂;石油、天然气和油层水等介质中硫化氢、二氧化碳和某些有机酸的出现,使其表面的破坏力增大,从而迅速失去工作能力,氧化锆陶瓷阀门正好可以胜任这一领域。

氧化锆磨球具有硬度大、磨损率小、使用寿命长、可大幅减少研磨原料的污染,能够很好地保证产品质量,同时氧化锆材料密度大,用做研磨介质时撞击能量强,可大大提高研磨分散效率,可有效缩短研磨时间。良好的化学稳定性决定了其耐腐蚀性,可以在酸性和碱性介质中使用。

据统计,国内复合氧化锆2005年的需求量约8350吨大部分依赖进口,国内产量仅为1000吨,价格约13万元/吨;2010年国内需求量约16000吨,国内产量约7000吨,每吨单价12万元,因质量指标与进口产品差距较大而只能应用于低端工业领域,基本需求缺口仍靠进口满足。

(3)功能陶瓷是高端化学锆的另一个主要应用领域,化学锆主要用于制备氧化锆陶瓷刀具、氧化锆高温发热材料、氧化锆生物陶瓷材料、氧化锆涂层材料、氧化锆通讯材料、氧化锆氧传感器、氧化锆压电材料等。

氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、不会与食物发生反应的特点,陶瓷硬度仅低于最硬的金刚石,强度极高,同时刀体光泽如玉,是当今世界理想的高科技绿色刀具,目前市场主要产品有:氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手术刀等,近几年在欧、美、日、韩等地已开始流行,我国也开始慢慢出现,东方锆业已有成品出售。

氧化锆还可以作为高温发热材料,其在常温下为绝缘材料,比电阻高达1015Ω〃cm,温度升高至600℃可以导电,而在1000℃以上时是良导体,可作1800℃高温发热元件,最高工作温度可以达到2400℃,目前已经被成功地用于2000℃以上氧化气氛下的发热元件及其设备中,磁流体发电的电极材料也在积极的研究之中。

人造假牙是氧化锆生物陶瓷的重要用途之一。氧化锆烤瓷牙是烤瓷牙家族中的“贵族”,烤瓷牙材料的好坏直接影响它的质量和患者身体健康,因烤瓷牙的内冠是由不同金属材料制作而成,金属内冠易与口腔唾液发生氧化反应,氧化锆材质的烤瓷牙由于没有金属内冠层,牙齿透明度好,光泽度极佳,更有效避免了牙齿过敏和牙龈黑线等问题,具有足够好的遮色能力,能够完美解决重度四环素牙患者的牙齿美容需求,而且氧化锆材质的强韧性弥补了普通烤瓷牙易蹦缺的缺点,生物相容性好,不刺激口腔粘膜组织,易于清洁,是目前国内外最优质的烤瓷牙。

氧化锆具有熔点高(约2700℃)、导热系数低(0.0015~0.0036cal/cm〃s〃℃)的特点,是一种理想的绝热材料。在航空发动机高温部件上(如火焰简、憔烧室、加力燃烧室、导向叶片、涡轮叶片等)喷涂热障涂层,具有十分重要的意义。高性能发动机要求具有高的推重比和大的推力,其重要手段是提高涡轮前燃气进口温度或加力燃烧室温度。国外70年代研制的发动机,涡轮前燃气进口温度已达到1600K以上,90年代将达到1850~1950K。现有高温合金和冷却技术已难以满足设计要求。解决这一问题的办法是在高温部件上等离子喷涂氧化锆热障涂层。目前高性能Y2O3等稳定剂稳定的氧化锆热障陶瓷涂层材料,已主要应用于高性能涡轮航空发动机中。发电机的高温叶片上,用等离子喷涂ZrO2涂层后,可提高工作温度50~100℃。ZrO2涂层已扩展到内燃机或高汽轮机的燃烧室金属内壁上,可提高工作温度,节省燃料。

近年来随着信息及通信等新兴产业的发展,其产品越来越向高精密、小型化方向发展,增韧氧化锆陶瓷优良的力学性能、耐腐蚀及高绝缘性能能够胜任这一领域,目前已有氧化锆陶瓷插针和氧化锆陶瓷套筒产品问世。在陶瓷PC型光纤活动连接器中,二氧化锆插针体是其关键部件。

汽车工业中在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上,氧传感器是必不可少的,目前使用的氧传感器有氧化钛式和氧化锆式两种,其中应用最多的就是氧化锆式氧传感器。早在20世纪70年代中期,日本汽车生产技术完备却难以进入美国市场,但美国制定新政策限制汽车尾气污染给日本带来了机会,日本科学家把氧化锆制成多孔氧传感器,装在发动机里自动检测发动机里氧气与燃烧气体的比例,并自动控制输入气体和排出气体的比例,从而大大减少汽车排放的有害气体。

(4)陶瓷色釉料,氧化锆为黄、蓝、红色颜料良好的助色剂,纯的氧化锆可以提高釉的高温粘度和扩大高温粘度变化的温度范围,有较好的热稳定性。氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂,若想获得性能较好的钒锆黄颜料,必须选用质纯的氧化锆,另外在釉料制造方面,纯的氧化锆可以提高釉的高温粘度和扩大高温粘度变化的温度范围,有较好的热稳定性,其含量为2%~3%时,能提高釉料的抗龟裂性能,还因氧化锆的化学惰性大,能提高釉料的化学稳定性和抗酸碱侵蚀的能力,有时也被用来制作乳浊釉。

(5)玻璃,氧化锆具有良好的光学性能,是光学透镜的添加剂。高纯氧化锆作为真空镀膜材料用于矫正因多层膜涂料所造成的摄影机透镜的色散,以及用于防止眼镜片的不规则反射。

在一些特种玻璃制造中,使用锆英砂(ZrSiO4)和单斜锆(ZrO2)。如:用ZrO2替代铅水晶玻璃中的PbO制成锆水晶玻璃,还有光学玻璃(ZrO2含量5%),实验室玻璃(ZrO2含量3。5%),医学用玻璃(ZrO2含量2%),抗腐蚀的玻璃纤维(ZrO2含量<16%)等,电视机及计算机的显示屏面板必须加入ZrO2,以吸收阴极射线管发出的UV射线。

(6)其它领域包括在氧化锆宝石材料、氧化锆陶瓷首饰、催化剂等应用领域。

氧化锆宝石材料分为天然立方氧化锆和人工合成立方氧化锆两种。自然状态下天然的立方氧化锆极难寻找到,决定了其具有了宝石材料稀有性的特点,自然形成的立方氧化锆颜色非常丰富,大颗优质的天然锆石价格决不在同等的钻石之下,是非常稀少的贵重天然宝石。人工合成立方氧化锆光学性能良好,是廉价而有美丽的钻石替代品。

氧化锆陶瓷首饰目前主要有以下几种类型:

(1)镶嵌了氧化锆的银首饰,在这里氧化锆的范围就比较宽广,包括二氧化锆石、工业二氧化锆、高纯二氧化锆、稳定二氧化锆、超细二氧化锆、锆英砂、锆英粉等。

(2)单纯氧化锆材料佩饰品,是目前装饰陶瓷市场正悄然兴起的一类产品,该类产品在欧、美、日和中国香港等地区均有很好的市场,特别在欧洲市场受到青睐。

(3)兼有应用功能的佩饰品,典型的产品是陶瓷手表表壳、表圈、表带等产品,国际知名品牌Chanel/香奈尔、RADO/雷达等手表均有全陶瓷款式,而且价格不菲。

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