一、氧化鋯材料的發展:
氧化鋯材料是國家產業政策中鼓勵重點發展的高性能新材料之一。上世紀七十年代中期以來,國際上歐美日等先進國家競相投入巨資研究、開發氧化鋯材料的生產技術和進行氧化鋯系列產品的生產。隨著中國經濟技術的不斷發展,對高新技術材料需求的不斷增加,中國從上世紀九十年代初以來,開始進行氧化鋯材料的開發、生產和研究工作。
氧化鋯及其制品具有優越的物理化學性能,是現代高技術結構陶瓷、導電陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、現代冶金用高性能耐火材料、高性能高溫隔熱材料的主要材料之一,是支撐現代高溫電熱裝備、航空航天器構件、敏感元件、冶金耐火材料、玻璃耐火材料等高技術新材料產業的支柱之一。而這些領域的材料科學的技術水平是一個國家整體技術實力和水平的象征之一。某些國家還把氧化鋯材料作為一種戰略物質來儲備和控制。
二、電熔氧化鋯的化學成份、物理性能及生產工藝簡介:
氧化鋯按制作工藝的不同,分為化學法氧化鋯和電熔法氧化鋯兩鐘?;瘜W法氧化鋯是采用氯堿化工及高溫煅燒的工藝生產出來的;電熔法氧化鋯則是采用電弧爐熔煉的物理方法來制造的。由于采用電弧爐熔煉方法生產電熔氧化鋯具有生產成本低、產品性能穩定、適應工業化大生產等優點,電熔氧化鋯被廣泛用于陶瓷、玻璃、耐火、電子、冶金、機械、化工等領域,用電熔氧化鋯生產出的制品被廣泛應用于軍工、科研、高熔點金屬冶煉、激光晶體、石英玻璃、電子工業等超高溫窯爐及鋼鐵連鑄等場合。
電熔氧化鋯包括單斜電熔氧化鋯和半穩定型氧化鋯,其化學成份和物理性能見下表1:
化學成份 | 單斜鋯 | 鈣穩定鋯 |
Zr0二% | 99 | 95 |
Fe!03% | 0。03 | 0.05 |
Ti02% | O.19 | 0.20 |
Ca0% | 3.8 | |
穩定率% | 75—80 | |
真密度g/cm3 | 5.6 | 5.6 |
體積密度g/cml | 2.3 | 2.8 |
電熔氧化鋯是以優級鋯英石(ZrSiO4或者ZrO2.SiO2)作為原料,以碳為還原劑,并加入少量的催化劑或者穩定劑,根據氧化鋯和二氧化硅熔點的不同,在電弧爐的高溫作用下,使鋯英石分解還原,最后生成氧化鋯及硅微粉,氧化鋯經壓縮空氣噴吹成球,再經粉碎加工、分級后包裝入庫;硅微粉直接由回收系統
回收。
單斜電熔氧化鋯的晶型為單斜型,半穩定型氧化鋯的晶型為單斜、四方和立方三種晶型混合存在。
三、電熔氧化鋯的應用:
單斜電熔氧化鋯主要用于陶瓷色料及耐火材料行業。
1、單斜電熔氧化鋯在陶瓷色料上的應用:
陶瓷制品離不開裝飾,好的裝飾使制品身價百倍,裝飾材料是裝飾的物質基礎,陶瓷色料是最重要的
陶瓷裝飾材料,由此可見陶瓷色料在陶瓷裝飾中的地位。
自20世紀以來,陶瓷釉用色料總體進展不大,但有一個例外,即鋯基色料的研究、開發及應用,幾乎
席卷了除黑色色料以外的所有顏色領域,其影響之深是過去的傳統色料所遠遠不及的。
在陶瓷色料中,鋯基色料具有如下特點:a)呈色穩定性好——鋯基色料在高溫條件下不易反應、不放
出氣體、抗腐蝕、在熔融釉中溶解度小,色彩穩定。b)呈色力強——在釉料中加入量較少。c)混溶性好——
不同顏色的鋯基色料之間可按任意比例在釉料中混合使用,制備出各種豐富多彩的調和色,使其應用范圍
大大擴大。d)色澤純正——這類色料受燒成氣氛、基釉成分影響較小,對釉料適應性強,色料顏色飽和度
大,呈色鮮艷。根據鋯基色料的上述特點,電熔氧化鋯被越來越廣泛的應用在陶瓷色釉料的生產中。
鋯基陶瓷色料主要有鋯釩藍、鋯鐠黃、釩鋯黃、鋯鐵紅、鋯黃等種類。其組成及用途見表2。在合成
硅酸鋯的過程中,過渡金屬和稀土金屬離子能進入其晶格,形成光亮穩定的色劑。例如,釩離子進,h。ZrSiO。
晶格成為釩-鋯藍;鐠離子進入形成鐠黃;鉻、鐵分別形成硅酸鋯綠、鋯鐵紅等各種固溶體型的色劑。
表2含鋯陶瓷色劑的顏色類型及用途
顏色 | 名稱 | 組成 | 構成礦物 | 用途 |
灰 | 錯黃 | CO—Cr-Zr Co—Mn—Zr CO—Ni—Zr CO—Ni—Zr-Si | 鋯英石 鋯英石ZrSiO4[Co、Ni] | 色釉 色釉、釉下彩 |
黃 | 釩鋯黃 鋯黃 鎘黃 | Zr—V Zr—Ti—V、Zr—Y—V Zr—Si—Pr Zr—Si—Cd—S | 斜錯石Zr02[V] 斜鋯石Zr02[Ti、V]Zr02[Y、v] 鋯英石ZrsiO4[Pr] CdS被ZrSiO4包裹 | 色釉、釉下彩 色釉、釉下彩 色釉、色坯、釉上彩 釉下彩(氧化氣氛) 色釉 |
棕褐 | 栗茶 | Zr—Si—Pr—V | 鋯英石ZrSi04[Pr、Fe] | 色釉、釉下彩 |
綠 | 鐠釩綠 | Zr—Si—Pr—Fe | 鋯英石Zrsi04[Pr、V] | 色釉 |
藍 | 釩鋯藍 | Zr—Si—V | 鋯英石ZrSi04[V] | 色釉、色坯 |
紅 | 鋯鐵紅 | Zr—Si—Fe Zr—Si—Cd—S—Se | 錯英石ZrSi04(Pr、Fe] CdS被ZrSi04所包裹 | 色釉、色坯、釉下彩 色釉、釉下彩 |
2、單斜電熔氧化鋯和半穩定型氧化鋯在耐火行業的應用
電熔氧化鋯是一種熔點高、化學穩定性和熱穩定性好的新型高檔耐火材料,被廣泛應用于鋼鐵生產、玻璃生產、有色貴金屬生產、工程陶瓷、爐襯耐火材料、磨料、色料、電子生產等行業,制作要求耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷、化學穩定性好、導熱系數小、硬度大、耐磨等優良性能的產品,如定徑水口、滑板、鋯剛玉、鋯莫來石、管嘴、噴嘴、坩堝、陶瓷色料、表層涂料、磨料、磨介、工程陶瓷、窯具等。
ZrO2制品,由于它的耐火性能特別好,使用溫度可達到2500。C,在氧化或還原氣氛中都很穩定,對許多金屬溶液和熔渣的抗侵蝕性能很強,而且,ZrO2制品在高溫1000℃以上時具有導電性。
鋁鋯碳質制品是在鋁碳質制品的基礎上發展出來的,主要可用作鋼包(或中間包)滑動水口磚、長水口、塞棒、浸入式水口等,同相應的鋁碳材質相比,產品具有更好的抗氧化性、熱震穩定性和抗沖刷性及更高的強度,使用壽命也較長。在冶金行業中常用的剛玉質、高鋁質、鎂鈣質、鋁鎂質、鎂鉻質、鎂碳質等耐火材料中添加一定量的氧化鋯,可以改善這些材料的化學穩定性、熱震穩定性以及強度等指標。
四、電熔氧化鋯生產企業介紹:
世界上生產電熔氧化鋯的知名企業主要有:ASTRON、AFM、SEPR等。
澳大利亞獨資、在國際上專門從事鋯系列產品研發、生產和銷售的阿斯創(中國)有限公司(ASTRON),從上世紀90年代以來,一直致力于鋯系列產品的生產和研究,同時與國內外知名科研院所進行技術合作,投入大量的人力和物力,在遼寧營口建立了世界一流的中心檢測化驗室和研發中心,不斷進行產品改進和研發,逐步形成年產一萬多噸單斜電熔氧化鋯和年產五千多噸半穩定型氧化鋯的生產規模,來滿足中國和世界上對電熔氧化鋯的持續需求。
五、預測、前景及發展趨勢:
目前,我國電熔氧化鋯的年需求量在3萬噸以上,全球電熔氧化鋯的年需求量在10萬噸左右,主要集中在歐洲、美洲和亞洲地區。隨著中國國民經濟的不斷發展和世界經濟一體化進程的加快,新材料、新領域的不斷出現,對電熔氧化鋯的需求量在迅速增長,應用領域在不斷的拓寬,電熔氧化鋯的應用前景會越來越廣泛。
隨著科學技術的不斷發展,今后,電熔氧化鋯將向更高更寬的領域進軍,將在部分領域取代化學鋯,將在軍事、航空航天領域占有重要的地位。
鋯的時代已經來臨,電熔氧化鋯作為其中的一員,必將在今后的發展中,影響和改善人們的生活!