《二氧化锆陶瓷的制备及性能分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化锆陶瓷的制备及性能分析（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、特 种 陶 瓷 综 合 论 文院 （ 部 、 中 心 ） 材 料 科 学 与 工 程 学 院 姓 名 x x x 学 号 xxx 专 业 材 料 科 学 与 工 程 班 级 xx 课 程 名 称 特 种 陶 瓷 材 料 综 合 论 文 设 计 题 目 名 称 氧 化 锆 陶 瓷 的 制 备 及 性 能 分 析 起 止 时 间 成 绩 指 导 教 师 xxx 大 学 教 务 处 制1目录一、氧化锆的基本性质及应用 .11.1 氧化锆的基本性质 .11.2 氧化锆的应用 .1二、氧化锆粉料的制备 .12.1 常用微粉 .22.2 超细粉制备 .2三、 氧化锆陶瓷的成型 .43.1 热压铸成型 .4
2、3.2 干压成型 .43.3 等静压成型 .63.4 注浆成型 .63.5 流延成型 .63.6 凝胶注模成型 .7四、氧化锆陶瓷的烧结 .74.1 真空烧结炉 .84.2 实验室烧结炉 .10五、氧化锆陶瓷的性能测试 .115.1 体积密度、吸水率和气孔率的测定 .115.2 抗压强度的测定 .125.3 三点抗弯强度 .125.4 SEM 测试分析 .121一、氧化锆的基本性质及应用1.1 氧化锆的基本性质氧化锆是自然界中以斜锆石存在的一种矿物，是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。它的熔点高达 2700 摄氏度。白色重质无定形粉末，无臭、无味。溶于 2 份硫酸和 1 份水的混合液
3、中，微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几乎不溶于水。有刺激性。相对密度 5.85。熔点 2680。沸点4300。硬度次于金刚石 1。能带间隙大约为 5-7eV。一般常含有少量的氧化铪。化学性质不活泼，且高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂。纯的 ZrO2 在常压下共有三种晶型：从低温到高温一次为单斜相、四方相、和立方相。氧化锆晶型转变如下： 2 2 2170 3 t 295mZrOZrOcZrO1.2 氧化锆的应用主要用于压电陶瓷制品、日用陶瓷、耐火材料及贵重金属熔炼用的锆砖、锆管、坩埚等。也用于生产钢及有色金属、光学玻璃和氧化锆纤维
4、。还用于陶瓷颜料、静电涂料及烤漆 3。氧化锆还是一种很优秀的高科技生物材料。生物相容性好，优于各种金属合金，包括黄金。氧化锆全瓷牙具有极高的密合性，且对牙龈无刺激、无过敏反应，很适合应用于口腔。导热性能极低，仅为黄金的十七分之一，更有利于牙髓的保护。质量轻，密度仅为黄金的四分之一，患者佩戴更舒适。2二、氧化锆粉料的制备氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体，氧化锆超细粉末的制备方法很多。氧化锆的提纯主要有氯化和热分解法、碱金属氧化分解法、石灰熔融法、等离子弧法、沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。2.1 常用微粉目前使用的 ZrO 微粉，颗粒尺寸一般在 1-88
5、um 之间。工业上生产微粉常用机械研磨法，原理如下：块状原料粉碎(一般使用流化床气流磨)磁选清洗干燥筛分包装。 需要注意的是，在细磨阶段要防止介质对原料的污染，一般研磨介质用ZrO2 和 ZTA。2.2 超细粉制备 超细粉末的粒径一般为 10100nm 之间， 由于具有一系列优异的性质(如表面效应、小尺寸效应、量子效应、隧道效应等)，目前已经成为高科技的前沿和重点。ZrO2 超细粉末的制备方法很多，包括物理方法和湿化学方法，如化学共沉淀法、水热法、气相沉积法和气相热分解法等。 2.2.1 化学共沉淀法a中和沉淀法 利用碱液从氯氧化锆(ZrOC1)盐溶液中沉淀出含水氧化锆：ZrOC12+2NH4
6、0H+(n+1)H20=Zr(OH)4nH20+2NH4C1工艺流程为：ZrOC128H20 用 H2O 溶解用 NH4OH 溶液中和滴定过滤洗涤100 一 120C 干燥800下煅烧 lhZrO2 一般 ZrOC12 8H2O 浓度可控制在 0.25-0.4mol/L；浓度大时，产量大，但固液分离困难。沉淀容易包裹并吸附杂质。沉淀 PH 值在 89 之间为宜，温3度可控制在 6080C 之间，太低时，胶体沉淀体积大，杂质吸附严重，造成过滤、洗涤困难；偏高时。将使沉淀和溶解这一动态平衡加速，可能使凝胶晶化。b水解沉淀法 采用长时间的沸腾氯氧化锆溶液使水解生成的氯化氢不断蒸发出去，从而使如下水解
7、反应平衡不断向右移动。 ZrOCl2 + (n+3)H2O=Zr(OH)4nH20 + 2HC1 工艺流程为： Zrocl28H2O沉淀 50h过滤洗涤100下水解沉淀 50h过滤洗涤110-110C 干燥粉碎850下煅烧 0.5hZrO2 操作上与中和沉淀法大体相同，只是 ZrOCl2 浓度应控制小些，一般在0.20.3mol/L，此法操作简便，但耗能较大。c醇盐水解沉淀法 工艺流程为： (液态)( 苯作催化剂)错醇盐合成过滤除去 NHC1结晶纯化加水进行水解沉淀过滤100110 C 干燥 粉碎 85O下煅烧 0.5hZrO2锆醇盐的合成反应和水解反应方程如下： ZrC14 + 4C3H7O
8、H + 4NH3=Zr(OC3H7)4 + 2NH4C1(苯作催化剂） Zr(OC3H7)4 + 2H20=ZrO2 + 4C3H7OH(苯作催化剂) 2.2.2 水热法 在密封的压力容器中(如高压釜)，以水或有机溶剂作为反应介质，锆盐作为反应原料，再加入其它前驱反应物。在这种特殊的物理、化学环境下，粉体的形成经历了一个溶解 结晶过程，制得的 ZrO2 超细粉末颗粒呈球状或短柱状，粒径为 15rim，而且产品纯度高，烧结性能好。最近将微波技术、超临界干燥技术、反应电极埋弧技术等引入水热制备系统，使水热法超细粉末制备技术有了新的改进和发展。 2.2.3 气相沉积法和气相热分解法通过气相反应 ZrC14 + 02=ZrO2 + Cl2 可制得 ZrO2 粉。用此法制得的ZrO2 粉纯度高、颗粒细。用醇盐加热、分解 Zr(OR)4(g)=ZrO2 + 2ROH + 烯烃4(式中 R 表示烷基) 。 除以上的 ZrO2 制备方法之外，还有水热结晶、溶胶一凝胶法、等离子体法和电弧炉法、喷雾干燥等方法。2.2.4 其他方法 随着研究的不断深入，一些研究者探索了新的制备超细粉的思路。如高温喷雾热解法、喷雾感应耦合等离子体法等12，这些方法利用先进的仪器设备，生产工艺与传统化学制粉工艺截然不同，是将
