ZrO2-氧化鋯 (氧化鋯珠、氧化鋯陶瓷)

ZrO2-氧化鋯 (氧化鋯珠、氧化鋯陶瓷)

氧化鋯材料可製成高強度、高韌性、高硬度,以及有優異化學腐蝕性與耐磨性的產品
詳細資訊

氧化鋯最早是由 Hussak 於 1892 年發現,以天然礦石鋯英砂或斜鋯石的方式存在。

全世界80%的鋯英砂產地集中在澳洲、南非以及美國三個國家。由鋯英砂提煉氧化鋯之方法有氯化法與熱解法。主要應用在耐火材料、脫蠟鑄造及高品質粉體之原料。斜鋯石的主要產地則在南非、巴西及蘇聯,主要應用在磨料市場及陶瓷染料。

 


氧化鋯是一種極具工業應用潛力的耐高溫材料,除了可以提供高強度、高韌性、高硬度(僅次於鑽石及少數陶瓷),以及優異的耐磨性與化學腐蝕性。 氧化鋯在室溫爲單斜晶相(monoclinic phase),隨著溫度上升到1170℃時會轉變成正方晶相(tetragonal phase),溫度再上升至2370℃時則轉換成立方晶相(cubic phase),在2680℃溶解成液相。

由於氧化鋯在正方晶轉換成單斜晶時,這種相轉換會引起3-5%的體積變化,因此會造成微裂縫,因此後來研究出添加若干氧化釔(Y2O3)、氧化鈣(CaO)或氧化鎂(MgO)等相安定劑,使氧化鋯能全部維持在高溫的立方晶相,稱做全安定化氧化鋯,或保有部分的正方晶,稱爲部分安定氧化鋯。
而釔系氧化鋯隨著添加3~8mole%的氧化釔,可形成正方晶或立方晶相含量之不同的微結構,可分別應用在電子、紡織、機械或能源材料及元件上。 氧化鋯材料具有獨特的原子鍵結及晶體結構,因此在高溫、導電、機械、光學方面之應用都有其特殊的貢獻。 

氧化鋯材料被廣泛使用於各個領域:

(1)高溫耐火領域:氧化鋯材料的熔點極高(大約在2700℃上下),且具有抗高溫鋼水侵蝕的特性,最早應用於耐火材料領域。但因爲價位的緣故,最近僅用在高附加價質之耐火産品,像鋼水流嘴、噴嘴、閥門、高溫纖維或高溫鍍層...等。
 
(2)導電特性應用領域:氧化鋯的電性在十九世紀末即被注意到,研究人員針對添加不同氧化物,在氧化鋯中形成固溶體,使氧化鋯産生離子電導效應,具有高溫固態電解質的特性,從高溫的發熱元件、磁動力能量產生器的高溫電極,以及氧離子的傳導材料,都有其應用實例。
 
(3)結構機械應用領域:氧化鋯添加氧化鈣(CaO)之後,高溫的正方相可以被保留到室溫,而且後續研究更發現,室溫下之t相氧化鋯會產生麻田散鐵相變態,可以大幅度提高氧化鋯的韌性。因此,最近二十年來,氧化鋯增加了許多結構方面的應用,像是耐磨件、光纖接頭、光纖袖管、高爾夫杆之擊球面、手錶鏈等日用或工業産品。


(4)化學反應容器:坩堝、刮片、攪拌葉。

(5)光學應用:寶石、釉藥失透劑。



氧化鋯珠:


氧化鋯珠可作為研磨介質,用於製造化工液體產品 (如油漆、塗料)及電子材料的濕式攪拌研磨機,其密度僅次於鋼珠,碰撞動能高,粉碎效果極佳。
研磨介質有許多種類,如玻璃珠、陶瓷珠、鋼珠...等,研磨珠的化學組成,在研磨過程中的自然磨損,會對漿料的性能造成一定影響。要使用何種研磨珠,和其化學組成所決定的一些物理性能 (硬度、密度、耐磨性) 及本身的磨耗對漿料的汙染情況有所關聯。


氧化鋯珠的緻密性高,硬度佳且高韌性,在研磨時,自體的磨損較低,可避免汙染研磨物料。高粉碎效率能縮短研磨時間,使用壽命長,能有效降低生產成本。

敝司提供不同粒徑之氧化鋯珠,如有需求或疑問,都歡迎留言或致電本司專員詢問。



氧化鋯陶瓷: 

精密陶瓷不同於傳統陶瓷,是採用精製高純度的無機材料做為原料,用化學配方及物理方式控制作成胚料,再以模具成型方法及高溫燒結,使其顯微結構、化性及物性達到另一個水準,最後經過精密加工形,成為各種不同能產品;精密陶瓷被廣泛運用在半導體、光電、生技及太陽能各產業。
 

精密陶瓷具有5大特性:
 

1.耐腐蝕:大部分陶瓷皆具有抗氧化及耐化學腐蝕的能力。
 

2.耐高溫:很少有其他材料可以與陶瓷材料能承受的高溫比擬,某些精密陶瓷可承受高溫1400°C仍保持強度,但像是最耐熱的超合金卻很少可用於超過1100°C的溫度。
 

3.耐磨耗:精密陶瓷耐磨耗能力是大家眾所皆知的,但相對來說,也容易脆裂。
 

4.重量輕:大部分陶瓷都比金屬輕,甚至可能達金屬的40%,因為重量輕可以減輕機械的負擔,並且節省能源。
 

5.摩擦係數低:精密陶瓷因低摩擦係數及高壓縮強度與耐磨阻力,使有些精密陶瓷用於軸封、軸承等機械元件中不需潤滑。
 

依照特性及制程的不同,精密陶瓷材料可分為氧化鋁、氧化鋯、氮化矽、氮化鋁、氮化硼及碳化矽這六大類:

 

1、 碳化矽:

碳化矽是常被人們使用的非氧化物陶瓷材料,因為它具有比一般陶瓷還要良好的硬度、耐熱性、耐氧化性、耐腐蝕性及高導熱性,所以近年碳化矽被廣泛應用在機械工程中的結構件和化學工程中的密封件等,甚至運用在強酸、強鹼、高磨耗、高溫、航太等極端條件的環境。
 

2、 氧化鋯:

除了具有精密陶瓷應有高強度、硬度、耐高溫、耐酸鹼腐蝕及高化學穩定性

等條件,氧化鋯還具備較一般陶瓷高的堅韌性,使得氧化鋯也運用在各個工業,像是軸封軸承、切削元件、模具、汽車零件等,甚至可用於人體,像是人工髖關節和假牙製作當中。
氧化鋯在精密陶瓷產品中,常溫使用狀態下具有很好的機械強度。熱膨脹率和金屬相近,與金屬材質組合使用尤為適合。具有導熱率低的性能,韌性高,是一種克服陶瓷太脆易碎缺點的產品。

 

3、 氧化鋁:          

氧化鋁在地球上的蘊藏量只僅次於氧化矽,是陶瓷原料之一,在氧化物中鋁

與氧有強力的鍵結,使得氧化鋁在氧化物當中有最高硬度,其化學穩定性高且對大部份酸性、鹼性、鹽類及熔融溶液有優秀的耐腐蝕性,氧化鋁的強度受到密度及微結構影響,在常溫時強度是最高,隨著溫度升高至1000˚C時其強度明顯下降,氧化鋁也有較低的熱膨脹係數。

氧化鋁的各種特性(包含熱性質、機械性質及物理化學性質等)皆與其純度有關,一般而言氧化鋁純度越高其導熱性質越高,且當純度極高的氧化鋁其密度接近理論密度,其機械性質越好。   
 

4、 多孔陶瓷:

多孔陶瓷也可稱作多孔隙陶瓷, 它是以氧化鋁和碳化矽優質原料為主料,經過成型和特殊高溫燒結工藝製備的一種具有開孔孔徑,高開口氣孔率的一種多孔性陶瓷材料,具有耐高溫,高壓,抗酸鹼和有機介質腐蝕,良好的生物惰性,可控的孔結構及高的開口孔隙率,使用壽命長,產品再生性能好等優點,可以適用於各種介質的精密過濾與分離,高壓氣體排氣消音,氣體分佈及電解隔膜等。

      

5、氮化鋁:

氮化鋁有較高的傳熱能力,物質在惰性的高溫環境中非常穩定,在空氣中,溫度高於700℃時,物質表面會發生氧化作用。在室溫下,物質表面仍能探測到5-10奈米厚的氧化物薄膜。直至1370℃,氧化物薄膜仍可保護物質。但當溫度高於1370℃時,便會發生大量氧化作用。直至980℃,氮化鋁在氫氣及二氧化碳中仍相當穩定,目前廣泛的運用在散熱基板及半導體製程中。

      

6、氮化硼:

氮化硼(BN)是一種由相同數量的氮原子和硼原子組成的雙化合物,六方氮化硼結構類似於石墨,又被稱為「白石墨」,是陶瓷中唯一可耐溫至2000多度的材質, 目前運用在高溫爐最廣泛的材料。