氧化锆陶瓷有什么特殊性能?主要应用在哪些领域?相比金属材质有什么优势?
氧化锆陶瓷性能: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) <950℃ 5.65g/cc
四方(Tetragonal)氧化锆(t-ZrO2) 1200-2370℃ 6.10g/cc
立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2) >2370℃ 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组成的四方氧化锆称之为四方氧化锆多晶体陶瓷(tetragonal zirconia polycrysta,TZP)。当加入的稳定剂是Y2O3 、CeO2,则分别表示为Y-TZP、Ce-TZP等。
氧化锆陶瓷应用:
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、服装纽扣、表壳及表带、手链及吊坠、滚珠轴承、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(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)和高温发热体等领域。ZrO2具有较高的折射率(N-21^22),在超细的氧化锆粉末中添加一定的着色元素(V2O5, MoO3, Fe2O3等),可将它制成多彩的半透明多晶ZrO2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。
优势:氧化锆陶瓷较金属,它的硬度很高,耐磨,耐腐蚀,也比金属耐高温,其高温性能是金属无法比拟的,至于用途主要看需求。
氧化锆陶瓷必将取代传统金属成为各大行业新宠,高性能决定了这点。据国家部门预测氧化锆将来的市场是万亿级别,前景广阔,目前已有大批行业都采用氧化锆作为第一材质。
影响陶瓷韧性的因素有哪些
(一)成型方法对陶瓷性能的影响
低气孔率、高致密度的氧化锆陶瓷节构性能优良。告致密度意味着陶瓷体内晶粒排列紧密,在承受外界载荷或腐蚀性物质侵蚀的时候不易形成破坏性的突破点。而要得到钙质密度的陶瓷胚体,成型方法是关键。氧化锆陶瓷的成型一般采用干压、等静压、热压铸等方法。不同的方法具有不同的特点,对养护率陶瓷烧结性和显微结构的影响也会有所不同。一般对于形状复杂的制品多以注浆和热压铸工艺为主,对于形状简单的制品可采用干压成型。一般而言,干压成型的制品致密性好于热压铸成型的制品。
(二)原料粒度对陶瓷性能的影响
原料粉粒度对制品性能影响很大,只有原料足够细,最后的烧制成品才有可能形成微结构,使他具有很好的耐磨性。氧化锆粉体颗粒越细,活性也越大,可促进烧结,制成的瓷强度也越高,小颗粒还可以分散由于刚玉和玻璃相线膨胀系数不同在晶界处造成的应力集中,减少开裂的危险性,细的晶粒还能妨碍微裂纹的发展,不易在成穿晶断裂,有利于提高断裂韧性,还可以提高耐磨性。
(三)烧结对陶瓷性能的影响
对于陶瓷的烧结,简单的讲就是陶瓷生坯在高温下的致密化过程。随着温度的上升和时间的延长,粉末颗粒之间发生粘结,烧结体的强度增加,把粉末颗粒的聚集体变为坚强的具有某种显微结构的多晶烧结体,并获得所需的物理,机械性能的制品或材料。样品的致密化速率、最终结构往往也反应了它经历过什么样的热处理过程。