硅质耐火材料配方大全：氧化锆的基本性质与高温性能

​世界上所使用的ZrO2大部分是由锆英石提炼而得到的。从锆英石中提炼ZrO2主要有两种方法：化学法(碱金属氧化物分解法)和电熔法(还原熔融脱硅法)。

前者工艺复杂，制得的ZrO2纯度高，但价格较贵，一般在特种陶瓷中使用；后者生产较容易，成本低廉，适合规模生产，ZrO2含量可达95%以上，能满足耐火材料行业的需求。

1.氧化锆的基本性质：

二氧化锆是高熔点金属氧化物，分子式为ZrO2，相对分子质量为123.22，熔点为2715℃，软化点在2390～2500℃之间，沸点约为4300℃，莫氏硬度为7，密度为5.65～6.27g/cm3，20～1000℃的平均线膨胀系数为10×10-6/℃，1000℃热导率为2.30W/(m·K)。

纯氧化锆为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色，含二氧化铪杂质。由于二氧化锆具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、不导电、不导磁等特性，同时具有金属相近的线膨胀系数，又是氧化物中唯一具有与钢及其他有马氏体相变的合金相似性的材料，使得氧化锆具有许多重要的用途。

氧化锆具有三种不同的晶体结构：低温相、中温相和高温相，高温下的氧化锆属于立方萤石结构，中温相为四方氧化锆晶体结构，低温相单斜氧化锆晶体结构。三种晶型的线膨胀系数各不相同，单斜氧化锆的最小，四方氧化锆次之，立方氧化锆的最大。这是因为材料的热容、导热及热膨胀等热学性能，都与原子的热震动有关，即直接取决于晶格的振动。

在只考虑材料相组成的前提下，对氧化锆而言，由于立方相的晶格结构最为简单，原子的热振动相对容易，而单斜相结构最为复杂，原子的热振动相对困难。

2.氧化锆的晶型转变：

氧化锆三种晶型随温度的变化存在一个可逆的相变过程，其中四方相向单斜相的相变为马氏体相变，由G.M.Wolten最早指出，该相变在氧化锆材料的研究中具有特别重要的意义。由单斜转化为四方晶形是可逆的，且体积收缩7%。即升温时收缩，降温时膨胀。

但单斜向四方正向转化始于1170℃，而反向转化是在1000～850℃之间，由于单斜相晶核形成困难，晶相转变会出现温度滞后现象。

ZrO2在不高于1000℃时为单斜晶系，在高于1000℃时为四方晶系。观察不同氧化锆的热膨胀性能实验图示，纯单斜相氧化锆的线膨胀系数虽然较小，但其线膨胀具有显著的各向异性，而且还存在相变的问题。

四方相氧化锆虽然轴向膨胀有所区别，但相差不大，近似于直线关系，因此膨胀均匀性较好，不会发生突变和脆裂；立方ZrO2的热膨胀是沿单轴进行的，并且随着温度的增加而增加；部分稳定ZrO2的热膨胀介于单斜和四方相之间。

3.氧化锆的稳定化：

ZrO2稳定化是将四方晶格重建成在任何温度下都稳定的立方晶格，在晶格重建的同时，产生了由稳定剂和ZrO2组成的固溶体，这些固溶体为溶解度有限的置换固溶体，它是由某些阳离子半径和Z4 离子半径(0.087nm)相近的氧化物形成的。

常见稳定剂是稀土或碱土氧化物，而且只有离子半径与Zr半径相差不超过40%的氧化物才能作为ZrO2的稳定剂。其中较常用的是Y2O3、MgO、CeO2、CaO。目前稳定机理还不十分清楚，一般解释为：Y3 、Mg2 、Ce4 、Ca2 等稳定剂的阳离子在ZrO2中具有一定的溶解度，可以置换其中的Zr而形成置换型固溶体。

不同稳定剂稳定氧化锆，其实质大致相同，但经它们稳定后性能却不尽相同，且相同稳定剂，添加量不同获得的性能也存在较大差别。因此，选择合适的稳定剂和加入量对氧化锆材料性能至关重要。

科瑞耐材生产的含有氧化锆的制品有：锆刚玉砖、氧化锆空心球砖、抗剥落含锆高铝砖、抗剥落含锆浇注料、AZS砖/浇注料/捣打料等。