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氧化钙和氧化钇,谁才是氧化锆陶瓷承烧板的最爱


来源:中国粉体网   山川

[导读]  磁性材料烧结的重点之一是预防变形和污染,并对其烧结环境要求很高。

中国粉体网讯  近年来,随着我国磁性材料的迅速发展,陶瓷承烧板的需求量日益增加,特别是在软磁(铁氧体)材料的生产过程中,铁氧体材料烧结时对变形及杂质污染特别敏感,所以对承烧板的要求也极为严格。


(图片来源于山东宏瑞耐火材料科技有限公司)


应该选什么样的氧化锆


高性能MnZn铁氧体,特别是高磁导率材料的起始磁导率对Zn含量极其敏感。在烧结过程中,往往由于Zn的烧损导致磁导率下降。


纯ZrO2不能直接作为结构陶瓷使用,原因在于1000℃以上的ZrO2会发生单斜相(m-ZrO2)和四方相(t-ZrO2)之间的可逆转变,该转变伴随约7%体积变化,当体积变化产生的应力超过材料的弹性极限时,会引发材料的破坏。


自上个世纪,研究者发现ZrO2晶体的变化是可以被控制的,他们将一些半径与Zr4+离子半径相近的金属氧化物,如:CaO、Y2O3等掺入ZrO2中,在一定条件下形成固溶体,在这种固溶体中便不会再发生单斜相与四方相之间的可逆转变,抑制了因相变带来的体积变化,降低了开裂的可能性。部分稳定氧化锆(PSZ)材料因其优良的高温化学稳定性和抗热震性而成为MnZn铁氧体承烧板的首选材料之一。


那么问题来了,CaO与Y2O3谁才是最佳稳定剂呢?


承烧板特性


MnZn铁氧体通常置于承烧板上面烧制,对承烧板的性能要求大致有以下几个方面:


1、承烧板应具有高温下的化学稳定性


承烧板应具有高温下的化学稳定性,不与被烧结体发生高温反应,不影响铁氧体的性能。


2、承烧板应该具有良好的抗热震性能


一般情况下承烧板的抗热震性会严重影响其使用寿命,所以铁氧体生产者和承烧板供应者都十分关心承烧板的抗热震性能。材料的抗热震性与材料的强度、热导率、膨胀系数等有关。


3、承烧板材料应具有与铁氧体相近似的热膨胀系数,减小烧结产品的变形。


Ca-PSZ和Y-PSZ反稳定化现象的比较


1、氧化锆的稳定化和反稳定


ZrO2有三种晶体结构,单斜相(常温稳定型,密度5.68g/cm3)、四方相(密度6.1g/cm3)、立方相(密度6.27g/cm3)。三种晶型可以相互转变,转变温度与杂质含量有关,在ZrO2纯度高时,三种晶型能发生以下同质异晶转变:




四方相的稳定存在是保持 PSZ陶瓷强度、韧性的关键,而长期处于MnZn铁氧体烧制温度下(最高约1400℃)的锆板会发生反稳定化现象,即出现大量四方相→单斜相转变,反稳定化的结果会造成陶瓷性能的明显衰退。


2、Ca-PSZ和Y-PSZ反稳定化现象的比较


Ca-PSZ和Y-PSZ承烧板抗折强度及气孔率



经热处理后Ca-PSZ材料的单斜锆含量远远高于Y-PSZ材料,受热时单斜锆会发生晶型转变,同时伴随体积效应,在材料中产生一定量的微裂纹,使得材料的抗折强度下降,开口气孔率上升。


总结


1、Y-PSZ热震性能优于Ca-PSZ。


2、目前,在MnZn铁氧体承烧时,使用Y-PSZ材料的承烧板最为合适。在高温下与铁氧体反应最少,有利于保持铁氧体的磁导率,而且长时间使用可以保持其物理性能,不易开裂、变形等。


3、Ca-PSZ材料经热处理后单斜锆含量高于Y-PSZ材料,这会造成材料性能下降。


4、虽然Ca-PSZ的性能稍逊于Y-PSZ,但相比于氧化铝板和铁氧体材料同体板来说,Ca-PSZ仍具有不错的性能,在铁氧体的烧结中也得到了相当普遍的应用。


陶瓷承烧板行业是技术密集型行业,由于针对不同的客户需求,其生产工艺不同,导致每个客户使用条件不同,对承烧板的规格和性能有不同要求,需要有针对性去开发相应配方和模具,并且还需要客户试用合格后才能进行技术定型和批量生产。


参考文献:

[1]宋先刚等.MnZn铁氧体承烧板性能的比较.佛山陶瓷

[2]何国明等.莫来石-刚玉质承烧板的研制.江苏陶瓷

[3]朱运新等.氧化锆陶瓷承烧板的特性及其在MnZn铁氧体烧结中的应用

[4]邱衍嵩等.等离子喷涂承烧板的生产工艺研究


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