[工学]结构陶瓷1ZrO2.ppt

3.2 共沉淀法: 此法由于设备工艺简单，生产成本低廉，且易于获得纯度较高的纳米级超细粉体，因而被广泛采用。主要缺点是没有解决超细粉体的硬团聚问题，粉体的分散性差，烧结活性低。 3.3 水解沉淀法:锆盐水解沉淀和锆醇盐水解沉淀。 1） 锆盐水解沉淀法 ZrOCl2浓度控制在0.2～0.3mol/l。此法的优点是操作简便,缺点是反应时间较长(48小时),耗能较大,所得粉体也存在团聚现象。 2） 锆醇盐水解沉淀法 此法的优点是：(1)几乎全为一次粒子,团聚很少；(2)粒子的大小和形状均一；(3)化学纯度和相结构的单一性好。 缺点是：原料制备工艺较为复杂,成本较高。 3.4 水热法 化学反应：ZrOCl2+H2O→ZrO2+HCl 优点为粉料粒度极细，可达到纳米级，粒度分布窄，省去了高温煅烧工序，颗粒团聚程度小。缺点为设备复杂昂贵，反应条件较苛刻，难于实现大规模工业化生产。 3.5 溶胶-凝胶法 优点：(1)粒度细微,亚微米级或更细；(2)粒度分布窄；(3)纯度高,化学组成均匀,可达分子或原子尺度；(4)烧成温度比传统方法低 400～500℃。 缺点：(1)原料成本高且对环境有污染；(2)处理过程的时间较长；(3)形成胶粒及凝胶过滤、洗涤过程不易控制。 利用该方法可制得20ｎｍ的含钇的稳定四方相 ZrO2 纳米粉，粉体分散性能好，分布窄，但生产过程较复杂，成本也较高。 3.6 微乳液法 1 完全稳定 2 稳定机理 3 溶胶-凝胶法 4 应力诱导 问题： Thank you! * * * * 内容提要 前言 ZrO2的结构与性能 ZrO2粉体制备工艺 什么是氧化锆 氧化锆是所有形式二氧化锆的统称，是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀无机非金属材料。 世界上已探明的锆资源约为 1900 万吨(以金属锆计)，矿石品种约有20种，主要含有如下几种化合物： (1)二氧化锆ZrO2（单斜锆及其各种变体）； (2)正硅酸锆ZrSiO4（锆英石及其各种变体）； (3)锆硅酸钠、钙、铁等化合物(异性石、负异性石、锆钻石) 。 颜色：白色（高纯ZrO2）； 黄色或灰色（含少量杂质的ZrO2），常含HfO2杂质； 密度：5.65~6.27g/cm3； 熔点：2715℃。 高纯ZrO2 性能与应用： 1）热导率小，化学稳定性好、耐腐蚀性高：可用于高温绝缘材料、耐火材料，如熔炼铂和铑等金属的坩埚、 喷嘴、阀心、密封器件等; 2）硬度高，耐磨性好：可用于制造切削刀具、模具、剪刀、高尔夫球棍头等; 3）具有敏感特性：可做气敏元件，还可作为高温燃料电池固体电解隔膜、钢液测氧探头等。 2. ZrO2的结构与性能 ZrO2的晶体结构及晶型转变 ZrO2相变增韧 晶体结构 m-ZrO2：单斜晶系（＜1170℃） t- ZrO2：四方晶系（1170～2370 ℃） c-ZrO2：立方晶系（2370～2715 ℃） 萤石(fluori)结构 在萤石结构中为了形成稳定的八配面体结构，晶体中的阳离子半径与阴离子半径的比值应大于0.732，而锆氧离子半径比为0.564。 在低温下锆离子趋向于形成配位数小于8的结构，即单斜相。而具有Zr-O八配位结构的立方像和四方相只能在高温下借助于晶格的震动平衡才能稳定存在。 单斜m-ZrO2 四方t-ZrO2 立方c-ZrO2 1170℃ 2370℃ 950℃ 2370℃ 晶型转变 纯ZrO2烧结冷却时发生的ｔ→ｍ相变为无扩散相变，伴随产生约７％的体积膨胀和相当大的剪切应变（约８％）；相反，在加热时，由ｍ→ｔ相变，体积收缩。 单斜m-ZrO2 四方t-ZrO2 立方c-ZrO2 1170℃ 2370℃ 950℃ 2370℃ (1)相变无扩散的； (2)相变是非热的； (3)相变过程伴有3%～5%的体积膨胀及1%-8%的剪切应变； (4)相变是可逆的； (5)相变温度受晶粒尺寸的影响； (6)添加稳定剂可以抑制相变； (7)相变受力学约束状态影响。 马氏体相变特点： 应力诱导相变：含有部分t-ZrO2陶瓷在受到外力作用时微裂纹尖端产生张应力，松弛了四方相所受的压应力，微裂纹表面有一层四方相转变为单斜相。由于单斜相产生7%左右的体积膨胀和剪切应变导致压应力，不仅抵消了外力造成的张应力而且阻止进一步的相变。 增韧机理： 目前，提高应力诱导相变增韧的途径主要有： (1)增加材料的弹性模量； (2)提高裂纹扩展时相变的四方相的体积分数； (3)增大相变区； (4)提高相变化学驱动力等。 微裂纹增韧： 四方相转变为单斜相时体积膨胀导致的微裂纹,能在裂纹扩展过程中吸收能量，起到提高断裂韧性的作用