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电熔氧化锆的应用研究
2018月06月06日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:230
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电熔法氧化锆是通过一步电弧炉熔炼而获得氧化锆, 其工艺简单、流程短、产品成本低,但性能次于化学法生产的氧化锆。然而,相信随着对电熔法的深入研究,产品质量的提升、产品结构的多样化,以及在节能方面的突出表现,电熔氧化锆将会有很大的发展前景,有望替代化学氧化锆而被应用于耐火材料、普通陶瓷和陶瓷色釉料等方面。


1、电熔氧化锆的生产工艺

氧化锆按照生产工艺的不同,大致可分为化学法氧化锆和电熔法氧化锆。化学法氧化锆是采用氯碱分解后经过化学反应工艺生产出来的,电熔法氧化锆采用电弧炉熔炼的物理方法来生产。由于采用电弧炉熔炼法生产的电熔氧化锆具有生产成本低、产品性能稳定、适应工业化生产等优点,电熔氧化锆被广泛应用于电子、冶金、机械、化工等领域。

 

电熔氧化锆的主要生产原材料以优质锆英砂为主,以碳为还原剂,加入少量 的催化剂或者稳定剂。如氧化钇或者碳酸钙。根据氧化锆和二氧化硅熔点的不同,在电弧炉的高温下熔解形成液相,使锆英石分解还原,最后生成氧化锆和硅微粉,氧化锆经压缩空气喷吹成球状,再经过后期粉碎工艺加工处理,分级包装后入库。 电熔氧化锆包括单斜电熔氧化锆和半稳定型氧化锆,单斜电熔氧化锆的晶型为单斜型,半稳定型氧化锆晶型为单斜、四方和立方3种晶型混合存在。

图一 电熔氧化锆粉


2、电熔氧化锆的应用和需求

电熔氧化锆主要应用在耐火材料、陶瓷色料、陶瓷制品、磨料及金属锆等领域,其中耐火材料、陶瓷色料和磨料是电熔氧化锆的三大主要市场,消耗量占电熔氧化锆总消耗量的70%以上,其中市场份额最大的是特种耐火材料领域。电熔氧化锆主要被用于制作各种形状的部分稳定氧化锆耐火材料制品、轻质耐火材料制品、氧化锆纤维制品以及氧化锆浇铸料等。替代化学氧化锆一直是电熔氧化锆追求的目标。目前,在陶瓷颜料中氧化锆主要应用于镨黄、钒锆兰和锆铁红3种色料,其中锆铁红对氧化锆的品质要求最高。镨黄与钒锆兰已全部采用电熔氧化锆为原料,而锆铁红色料基本上仍采用化学氧化锆,只有少数厂家为了降低成本搭配了少量(约10%)的电熔氧化锆产品。


在磨料磨具行业中电熔氧化锆主要用于生产锆刚玉料及其制品。研究发现, Al2O3ZrO2复合后,其磨削效率较普通磨具可提高2-6倍。锆刚玉磨料的制造方法是将氧化铝、电熔锆(单斜)及少量稳定剂混合,再经电弧炉熔炼浇铸或化坨冷凝加工制成锆刚玉料及磨轮,用于研磨或磨削钢铁特别是有色合金,能获得较高的磨削效率。


部分稳定氧化锆具有高的硬度和耐磨性,所以氧化锆在磨介和磨具领域中有着广泛的应用:如球磨球和球磨机内部衬里和耐磨部件、拉丝模等。由于氧化锆没有磁性、不导电、不生锈、耐磨,因此,在生物医学器械领域和刀具、工具领域中应用很广。如用于医学手术刀和剪磁带等有磁性物质的制品;制作人造骨骼、人造关节、人工牙齿等。近来部分稳定ZrO2通过粉末冶金方法,制备避磁的手表表壳、耐腐的表件和其它仪表零件。用来制作切菜刀、剪刀、螺丝刀、榔头、锯、斧头等。日本近来开发出高铈氧化锆增韧陶瓷刀具,复合物用Ce2O3作稳定剂,以取代金属陶瓷,断裂韧性是金属的3倍,切削能力提高1.5倍。CeO2-ZrO2可以形成很广范围的四方氧化锆固溶体相区。添加摩尔分数为15%-20%CeO2可使四方相氧化锆的相变温度降低到25oC以下。在军事上用于制造防弹盔甲等。在钢铁生产工业中用于制作陶瓷轧辊和导辊,表面磨损很小。

图二 电熔氧化锆应用于刀具


3、电熔氧化锆的发展前景

20 多年来,经过企业的不断努力,我国电熔氧化锆从无到有,一直到现在的大规模生产,取得了很大的发展:技术和工艺实现了从简单的熔炼跨越到分段控制,产品质量得到了提高,品种得到了扩展,已从单一的脱硅锆发展到高纯氧化锆和稳定氧化锆,产品质量的提高,为陶瓷釉料、陶瓷制品、耐火材料提供更广阔的应用,而稳定氧化锆的生产则扩大了其在高级耐火材料、水口材料、磨介材料等方面的应用。相信随着应用范围的扩大,将进一步促进电熔氧化锆的进一步发展。然而,从各方面比较来看,电熔氧化锆产品在质量、性能、纯度、杂质含量、物理性能、相结构等方面与化学氧化锆还有一定的差距,这是与生产工艺和方法直接相关的。目前对电熔氧化锆的产品质量与生产技术还需进一步研究, 以改善电熔氧化锆的各项性能,提高产品质量,扩大电熔氧化锆的应用领域。此外,电熔氧化锆在刹车片、涂层、氧化锆复合材料等方面的应用研究也不断取得新进展,未来几年电熔氧化锆的产量将继续保持快速增长,并在更多的领域得到应用。改变电熔稳定氧化锆的物理特性,生产出高质量的电熔稳定氧化锆,将逐步在特种陶瓷和复合材料领域得到应用。           

 

                                            作者:谷雨


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