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納米氧化鋯在耐火材料中的應用

 納米氧化鋯在耐火材料中的應用

   

在科技高速發展的形勢下,製取耐高溫,高性能,新型材料,首先解決製取過程中所需要的耐火材料。耐火材料的特點如下:

 

1.力學性質

特種耐火材料的彈性模量都大。大多數具有較高的機械強度,但與金屬材料相比,由於脆性,抗衝擊強度甚低。大多數的特種耐火材料具有較高的硬度,因此耐磨,耐氣流或塵粒衝刷性比較好。大多數特種耐火材料的高溫蠕變都比較小的是二矽化鉬。蠕變值的大小與結晶尺寸,晶界物質,氣孔率等有關係。

 

2.熱學性質

(1)熱膨脹性:熱膨脹性指材料的線度和體積溫度升降發生可逆性增減的性能。常以線膨脹數或體積膨脹係數表示。大多數特種耐火材料的線膨脹係數都比較大,僅有熔融石英,氧化硼,氧化矽的線膨脹係數比較小。

 

3.使用性質

(1)耐火性:特種耐火材料的熔點幾乎都在2000℃以上,碳化鉿(HfC)和碳化鉭(TaC)為3887℃和3877℃。耐火度也很高,在氧化氣氛中,氧化物的使用溫度甚至接近熔點。氮化物,硼化物碳化物在中性或還原性氣氛中比氧化物有更高的使用溫度,例如TaC在N2氣氛中可使用到3000℃,BN在Ar氣氛中可使用到2800℃。耐高溫性能依次為:碳化物>硼化物>氮化物>氧化物。而它們的高溫抗氧化性為:氧化物>硼化物>氮化物>碳化物。

(2)抗熱震性:在特種耐火材料中,由於氧化鈹的熱導率低,大多數硼化物的熱導率也不高,熔融石英的線膨脹係數特別小,所以抗熱震性很好。某些纖維製品及纖維增強複合製品有較高的氣孔率及抗張強度,這些材料的抗熱震性比較好。碳化矽,氮化矽,氮化硼,二矽化鉬等也有較好的抗熱震性。

 

而熔點高,化學穩定好,高溫性能優良氧化物材料並不多,氧化鋯VK-R30)是用溫度高(2300℃~2400℃),化學穩定性好,不易分解,抗酸堿爐渣侵蝕性強,是良好的特種氧化物耐火材料。

納米二氧化鋯VK-R30為白色粉末,因燒結溫度及添加氧化釔等穩定物含量的不同可分為單斜相、四方相和立方相三種,溶於硫酸、氫氟酸納米氧化鋯分散性,具有良好的熱化學穩定性、高溫導電性和較高的強度和韌性,機械、熱學、電學、光學性質良好,納米氧化鋯粒徑小、穩定性強,具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高溫的性能。

氧化鋯VK-R30)耐火材料指以氧化鋯為主要成分的製品。目前國內這類耐火材料對氧化鋯的要求集中在 ZrO2一CaO,ZrO2一MgO,ZrO2一Y203三個係列 ,其 中 Z 一CaO使用量大。氧化鋯耐火材料製品的質量水平在很大程度上取決於原料 ,氧化鋯原料的化學成分決定了材料可能的晶體結構和製品的化學穩定性,原料的粒度控製基本決定了製品的使用性能,原料的製備工藝決定了原料的晶體結構和雜質含量。

 

氧化鋯在耐火材料中的作用

(1)良好的化學穩定性延長 Fe等金屬離子對耐火材料製品的侵蝕 。

(2)改善材質的性能提高耐火材料製品的熱穩定性

(3)可根據複合項的不同性能優選生產工藝提高耐火材料製品的性能和降低生產成本。

 

氧化鋯耐火材料的幾種應用

1)氧化鋯坩堝

   氧化鋯的熔點高達2700℃,即使加熱到1900多攝氏度也不會與熔融的鋁、鐵、鎳、鉑等金屬,矽酸鹽和酸性爐渣等發生反應,所以用氧化鋯材料製作的坩堝能成功地熔煉鉑、鈀、釕、銫等鉑族貴金屬及其合金,亦可用來熔煉鉀、鈉、石英玻璃以及氧化物和鹽類等。

2)氧化鋯耐火纖維

    氧化鋯纖維是一種能夠在1600℃以上高溫環境下使用的陶瓷纖維耐火材料,具有比氧化鋁纖維、莫來石纖維、矽酸鋁纖維等更高的使用溫度和更好的隔熱性能,並且高溫化學性質穩定、耐腐蝕、抗氧化、不易揮發 

3)氧化鋯窯爐材料

    氧化鋯作為耐火材料主要用在大型玻璃池窯的關鍵部位,早期使用的鋯質耐火材料,其氧化鋯含量僅為33%~35%,日本旭硝子公司研製成功含氧化鋯94%~95%的鋯質耐火材料,將其使用在玻璃窯頂部和關鍵部位,大大提高了玻璃窯的壽命。