特種工業(yè)陶瓷氧化鋯概述

       以氧化鋯(ZrO2)、鋯英石(ZrSiO4)為原料制造的耐火制品。氧化鋯制品系列、鋯英石制品系列、鋯莫來石和鋯剛玉制品系列屬此類制品。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同、含氧化鋯制品分為燒結(jié)制品、熔鑄制品和不燒制品。含氧化鋯制品具有熔點(diǎn)高、熱導(dǎo)率低、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，特別是對(duì)熔融玻璃和液態(tài)金屬具有良好的耐侵蝕性。

 

氧化鋯簡史          

 

       自18世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)斜鋯礦以來，許多學(xué)者對(duì)氧化鋯進(jìn)行了研究，含氧化鋯制品也開始生產(chǎn)和應(yīng)用。1921年美國康寧(Corning)公司生產(chǎn)熔鑄莫來石大磚，并于1923年在玻璃熔窯上使用。1929年拉夫(O．Ruff)和埃伯特(F．Ebert)測量了氧化鋯的光性和晶格常數(shù)，發(fā)現(xiàn)氧化鋯存在晶型轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，還發(fā)現(xiàn)加入氧化鈣(CaO)或氧化鎂(MgO)在1700oC以上可使單斜晶型氧化鋯轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄脱趸啞?933年科恩(w．M．Cohn)發(fā)現(xiàn)氧化鋯由單斜晶型轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄偷霓D(zhuǎn)化溫度為1100～1200oC。1941年美國正式生產(chǎn)牌號(hào)為柯爾哈特(Corhart)ZAC電熔鋯剛玉磚。用這種磚砌筑玻璃熔窯，使熔窯壽命延長2～4倍。1947年柯蒂斯(c．E．Curtis)從提高抗熱震性出發(fā)，提出加入氧化鈣或氧化鎂，制造部分穩(wěn)定氧化鋯的方法。1950年美國諾頓(Nor•ton)用單相電弧爐還原熔融，生產(chǎn)了熔鑄穩(wěn)定化氧化鋯制品。1953年日本旭硝子公司也制造了熔鑄氧化鋯磚。20世紀(jì)80年代末蘇聯(lián)生產(chǎn)了氧化鋯含量為50％和60％的電熔鋯剛玉磚。1960年法國西普(Sepr)公司正式生產(chǎn)ZASl681電熔鋯剛玉磚。90年代試制成功Zr0。含量達(dá)50％和60%的熔鑄AzS磚。1965年中國開始生產(chǎn)氧化鋯含量為33％的電熔锫剛玉磚。

 

氧化鋯性能      

 

       致密、穩(wěn)定氧化鋯的熔點(diǎn)為2677oC，使用溫度達(dá)2500c。體積密度因原料的純度與制造方法的不同而波動(dòng)于4.5～5.5g/cm3之間．致密的氧化鋯制品的體積密度可選5.75g/cm3燒結(jié)氧化鋯制品與熔融狀態(tài)的金屬及液態(tài)玻璃不起化學(xué)反應(yīng)。苛性堿溶液、碳酸鹽溶液和酸(濃H2SO4和HF除外)對(duì)氧化鋯不起化學(xué)反應(yīng)。碳與燒結(jié)氧化鋯反應(yīng)時(shí)，僅在表面生成碳化鋯。所以，在氧化氣氛條件下，氧化鋯制品可在高溫下使用而不發(fā)生化學(xué)變化。

 

       鋯英石制品的主要成分為ZrO2•SiO2鋯英石在1680℃受熱大量分解為ZrO2和SiO2牿英石制品對(duì)多種熔融金屬、酸性試劑和液態(tài)玻璃都具有良好的抗侵蝕性，但與堿性爐渣或與堿性耐火材料接觸，容易發(fā)生侵蝕反應(yīng)。

 

       鋁鋯硅系(AZS)熔鑄磚和燒成磚具有較好的耐玻璃液侵蝕性，可用于玻璃熔化池窯的池壁和上部結(jié)構(gòu)。古鋯耐火制品的理化性能見表。

 

氧化鋯原料          

 

       用來制造含氧化鋯制品的主要原料為斜鋯石、鋯英石精礦和經(jīng)過加工處理的氧化鋯。

 

       斜鋯石(ZrO2)單斜晶系，呈不規(guī)則塊狀、黑色、灰黑色、褐色。體積密度5．5～56g／cm。，奠氏硬度65，斜鋯石中Zroz含量依產(chǎn)地不同而異，一般為80%～95％。主要雜質(zhì)為Fe2O３、TiO2、SiO2、Al2O3、HfO2。開采的斜鋯石原礦須經(jīng)過加工處理方可使用。

 

       鋯英石(ZrSlO4)又名锫石，四方晶系，無色、淡黃色、淡紅色、黃褐色、煙灰色、藍(lán)色、綠色、玻璃至金剛光澤、斷口油脂光澤。雜質(zhì)礦物為鈦鐵礦、獨(dú)居石等。通常鋯英石礦物中伴生的ThO4等含有放射性的物質(zhì)具有α、β射線．所以在以鋯英石為原料生產(chǎn)鋯英石制品時(shí)，需經(jīng)放射線強(qiáng)度計(jì)量檢測。如果放射線強(qiáng)度超過5×107C1／kg，需采取相應(yīng)的防護(hù)措施。