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粉体课堂.基础篇:二氧化锆的相变及其制备


来源:中国粉体网   寂静

[导读]  纯净的ZrO2为白色粉末,含有杂质时略带黄色或灰色,添加显色剂还可显示各种其它颜色。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。

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物理性质


纯净的ZrO2为白色粉末,含有杂质时略带黄色或灰色,添加显色剂还可显示各种其它颜色。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。




二氧化锆的相变


氧化锆是一种特殊的材料,增韧的方法,主要是利用氧化锆的相变才能达到的!氧化锆有三种晶相,分别为单斜晶相、四方晶相和立方晶相,三者之间的转变关系如下:



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。市场上用来做稳定剂的原料主要是氧化钇。


二氧化锆粉体的主要制备方法


1.中和沉淀法



优点:设备工艺简单,生产成本低廉,且易于获得纯度较高的纳米级超细粉体,因而被广泛采用。


缺点:没有解决超细粉体的硬团聚问题,粉体的分散性差,烧结活性低。


2.锆盐水解法



优点:操作简便。


缺点:反应时间较长(>48小时),耗能较大,所得粉体也存在团聚现象。


3.锆醇盐水解法



优点:(1)几乎全为一次粒子,团聚很少;


(2)粒子的大小和形状均一;


(3) 化学纯度和相结构的单一性好。


缺点:原料制备工艺较为复杂,成本较高。


以上三种方法的后工序都是煅烧,其温度越高,则粉体的晶粒度越大,团聚程度越高。这是由于煅烧升温过程当完成了从非晶态转变为晶态的成核过程以后便开始了晶粒长大阶段,并且晶粒中成晶结构单元的扩散速度随温度升高而增大,相互靠近的颗粒容易形成团聚。  


4.水热法



优点:粉料粒度极细,可达到纳米级,粒度分布窄,省去了高温煅烧工序,颗粒团聚程度小。


缺点:设备复杂昂贵,反应条件较苛刻,难于实现大规模工业化生产。 


5.溶胶-凝胶法 



优点:(1)粒度细微,亚微米级或更细;


(2) 粒度分布窄;


(3)纯度高,化学组成均匀,可达分子或原子尺度;


(4)烧成温度比传统方法低400~500℃。


缺点:(1)原料成本高且对环境有污染;


(2)处理过程的时间较长;


(3)形成胶粒及凝胶过滤、洗涤过程不易控制。   


6.微乳液法(反胶束法)



优点:可制得<20nm的含钇的稳定四方相 ZrO2 纳米粉,粉体分散性能好,分布窄。


缺点:生产过程较复杂,成本也较高。 


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