高鋯耐火材料

高鋯耐火材料：由于氧化鋯單斜型與四方型之間的可逆轉變伴有體積效應。造成耐火材料燒成時容易開裂，因此單用純氧化鋯就很難制造出燒結而又不開裂的制品。如果在氧化鋯中加入適量的CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2、ScO3等陽離子半徑與Zr4+離子半徑相差在12%以內的氧化物，經高溫處理后就可以得到從室溫直至2000℃一下都穩定的立方型的氧化鋯固溶體，從而消除了在加熱或冷卻過程中因相變引起的體積效應，避免含氧化鋯制品的開裂[9]。上述加入的氧化物成為穩定劑。經過這種穩定處理的氧化鋯稱為穩定二氧化鋯，制備穩定二氧化鋯的過程稱為二氧化鋯的穩定化。

    廣泛采用的穩定劑有CaO和MgO及其混合物，其中CaO較有效，MgO次之。CaO加入量通常為3~8%或更多（按質量計）。ZrO2-MgO系的立方固溶體在長時間加熱處理（1000~1400℃）后會發生分解，導致制品破壞。ZrO2-CaO系立方固溶體雖較穩定，但長時間加熱亦會發生部分分解，而使氧化鋯失去穩定作用。ZrO2-Y2O3固溶體與其他氧化鋯固溶體相比主要優點是在1100~1400℃長時間加熱不發生分解，但這類氧化物，價格昂貴，只能局限于某些特殊要求的地方使用。近來研究了多種復合劑，如ZrO2-MgO和ZrO2-CaO固溶體中加入1~2%Y2O3即可顯著提高其熱震穩定性。加入3~5%Y2O3可以使固溶體完全不分解，而且有很高的機械強度和較低的熱膨脹系數。

    全穩定氧化鋯的缺點是熱膨脹系數高，抗熱震性差。部分穩定二氧化鋯能有效改善其抗熱震性。其原理在于當穩定劑加入量較少時，只有一部分氧化鋯與穩定劑生成了固溶體，由高溫冷卻到常溫時，仍有一部分氧化鋯發生相變，由立方相或四方相轉化為單斜相，并伴隨發生一定的體積變化。由于此體積變化較小，并且由穩定劑的加入量所控制，所以不會造成氧化鋯制品燒結體的破壞。相反，由此體積變化可在制品燒結體內產生一定量的顯微裂紋，這種顯微裂紋在材料受到熱應力作用時，能起到吸收裂紋擴展能量的作用，防止了裂紋的擴展，提高了材料的抗熱震能力。因此，部分穩定的二氧化鋯較之全穩定二氧化鋯具有更廣泛的用途。部分穩定二氧化鋯的穩定化程度以穩定化率來表示[10]：

    穩定化率=（立方相+四方相）/(立方相+四方相+單斜相)