稳定氧化锆

稳定氧化锆：由于氧化锆单斜型与四方型之间的可逆转变伴有体积效应。造成耐火材料烧成时容易开裂，因此单用纯氧化锆就很难制造出烧结而又不开裂的制品。如果在氧化锆中加入适量的CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2、ScO3等阳离子半径与Zr4+离子半径相差在12%以内的氧化物，经高温处理后就可以得到从室温直至2000℃一下都稳定的立方型的氧化锆固溶体，从而消除了在加热或冷却过程中因相变引起的体积效应，避免含氧化锆制品的开裂[9]。上述加入的氧化物成为稳定剂。经过这种稳定处理的氧化锆称为稳定二氧化锆，制备稳定二氧化锆的过程称为二氧化锆的稳定化。

      稳定氧化锆：广泛采用的稳定剂有CaO和MgO及其混合物，其中CaO较有效，MgO次之。CaO加入量通常为3~8%或更多（按质量计）。ZrO2-MgO系的立方固溶体在长时间加热处理（1000~1400℃）后会发生分解，导致制品破坏。ZrO2-CaO系立方固溶体虽较稳定，但长时间加热亦会发生部分分解，而使氧化锆失去稳定作用。ZrO2-Y2O3固溶体与其他氧化锆固溶体相比主要优点是在1100~1400℃长时间加热不发生分解，但这类氧化物价格昂贵，只能局限于某些特殊要求的地方使用。近来研究了多种复合剂，如ZrO2-MgO和ZrO2-CaO固溶体中加入1~2%Y2O3即可显著提高其热震稳定性。加入3~5%Y2O3可以使固溶体完全不分解，而且有很高的机械强度和较低的热膨胀系数。

 稳定氧化锆：氧化锆具有两种变体，在1000℃以下是单斜晶系氧化锆（比重是5.68），在1000℃时生产较致密的四方晶系的氧化锆（比重是6.10）。

    单斜氧化锆与四方氧化锆之间的转变是可逆的快速转变，在冷却过程中该转化伴生7%的体积膨胀，易使制品产生开裂。为防止这种转变作用，加入稳定氧化锆结构接近的（晶系相同、离子半径相近）氧化物，如CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2等可以起稳定氧化锆的作用，能和氧化锆形成立方晶系溶体而使氧化锆稳定下来。通常认为，加入CaO和MgO作为稳定剂较好，而以CaO有效，MgO次之。CaO的加入量通常为3%-8%或更多一些，将混合物煅烧至1700℃，可使氧化锆稳定下来。

    ZrO2-CaO系立方固体溶体，虽较为稳定，但在长期加热时亦会发生部分分解，而使氧化锆失去稳定作用。ZrO2-Y2O3固溶体与其他氧化锆固溶体相比，主要优点是在1100-1400℃长期加热不发生分解，但这类氧化物缺，价格昂贵，只能局限于某些特殊要求的地方使用。为此，人们研究了多种符合稳定剂，如ZrO2-MgO和ZrO2-CaO固溶体加入1%-2%Y2O3即可显著提高其抗热震性。加入3%-5%Y2O3可以使固溶体完全不分解，而且具有很高的机械强度和较低的线膨胀系数。

    原料中的杂质含量对氧化锆的稳定和对熔化金属均有很大的影响，因此要制出优良性能的氧化锆制品，采用高纯度的原料是很重要的。

    原料的粉碎是将氧化锆原料和稳定剂按一定的配比，在橡胶衬里和金属锆球（或稳定烧结氧化锆制成的球）的球磨机中共同湿粉碎到小于2μm。然后经分离、干燥、打粉制成团块，并1700℃下预烧，使之稳定下来。再将稳定的团块破碎，根据制品要求的性质湿粉碎到要求的细度。用注浆法成型时，须将球磨料用盐酸处理后，加蒸馏水清洗。清洗时加入0.3%（浓度为10%）的阿拉伯树胶，作为颗粒清洗的沉降剂，清洗至PH值=6-7，经烘干（水分小于0.15%时），即可配浆浇注。也可用酸性泥浆浇注成型，其PH值=2，含水量为28%-30%，小于5μm的颗粒在90%为适宜。如用压制法成型时，须在制备好的一定颗粒和粉料的配料中加入粘结剂（磷酸、硼酸、糊精、或Zr(OH)2等）制成坯料。成型后的砖坯经干燥后在1700-2000℃下烧成。

    在氧化物制品系统中，氧化锆具有许多优良特性，如熔点高（2700℃），高温结构强度大，化学稳定性良好，高温蒸气压和分解压均较低，热导率小，因而可以满足高温、高真空冶炼的许多纯金属和合金所需的技术要求。