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三、氧化鋯耐火材料制品 二氧化鋯(ZrO2)可由鋯精礦(或工業氧化鋯)經過化學處理制得。 ZrO2具有兩種變體。在1000℃以下是單斜晶系ZrO2(比重是5.68),在1000℃時生產較緻密的四方晶系的ZrO2(比重是6.10)。 1000℃ 單斜ZrO2 ——→ 四方ZrO2 單斜ZrO2 與四方ZrO2之間的轉變是可逆的快速轉變,在冷卻過程中該轉化伴生7%的體積膨脹,易使制品產生開裂。為防止這種轉變作用,必須加入穩定ZrO2結構接近的(晶系相同、離子半徑相近)氧化物,如CaO、MgO、Y2O3、Nb2O3、CeO2等可以起穩定ZrO2的作用,能和ZrO2形成立方晶系溶體而使ZrO2穩定下來。通常認為,加入CaO和 MgO作為穩定劑較好,而以CaO最有效,MgO次之。CaO的加入量通常為3%~8%或更多一些,將混合物煅燒至1700℃,可使ZrO2穩定下來。 ZrO2-CaO系立方固體溶體,雖較為穩定,但在長期加熱時亦會發生部分分解,而使ZrO2 失去穩定作用。ZrO2-Y2O3固溶體與其他ZrO2固溶體相比,最主要優點是在1100~1400℃長期加熱不發生分解,但這類氧化物稀缺,價格昂貴,只能侷限于某些特殊要求的地方使用。為此,人們研究了多種符合穩定劑,如ZrO2-MgO和ZrO2-CaO固溶體加入1%~2% Y2O3 即可顯著提高其抗熱震性。加入3%~5%Y2O3可以使固溶體完全不分解,而且具有很高的機械強度和較低的線膨脹係數。 原料中的雜質含量對ZrO<, SPAN style="FONT-STYLE: normal; FONT-FAMILY: '宋体'; COLOR: rgb(51,51,51); FONT-SIZE: 10.5pt; VERTICAL-ALIGN: sub; FONT-WEIGHT: normal; mso-spacerun: 'yes'">2的穩定和對熔化金屬的玷污均有很大的影響,因此欲制出優良性能的ZrO2制品,採用高純度的原料也是很重要的。 原料的粉碎是將ZrO2原料和穩定劑按一定的配比,在橡膠襯裡和金屬鋯球(或穩定燒結ZrO2製成的球)的球磨機中共同濕粉碎到小於2μm。然後經分離、乾燥、打粉製成團塊,並在1700℃下預燒,使之穩定下來。再將穩定的團塊破碎,根據制品要求的性質濕粉碎到要求的細度。用注漿法成型時,須將球磨料用鹽酸處理后,加蒸餾水清洗。清洗時加入0.3%(濃度為10%)的阿拉伯樹膠,作為顆粒清洗的沉降劑,清洗至PH值=6~7,經烘乾(水分小於0.15%時),即可配漿澆注。也可用酸性泥漿澆注成型,其PH值=2,含水量為28%~30%,小於5μm的顆粒在90%為適宜。如用壓製法成型時,須在制備好的一定顆粒和粉料的配料中加入粘結劑(磷酸、硼酸、糊精、或Zr(OH)2 等)製成坯料。成型后的磚坯經乾燥后在1700~2000℃下燒成。 在氧化物制品系統中,ZrO2具有許多優良特性,如熔點高(2700℃ ),高溫結構強度大,化學穩定性良好,高溫蒸氣壓和分解壓均較低,熱導率小,因而可以滿足高溫、高真空冶煉的許多純金屬和合金所需的技術要求。 ZrO2坩堝的 使用溫度可達2500℃,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。ZrO2制品可用作高溫爐襯。在鑄鋼工業中,由於它不被鋼水所浸潤,在連續鑄鋼過程中已成功地用作鑄口磚。ZrO2熱電偶保護管可用來測定鋼水溫度和熔融金屬鉻的溫度,由於加入穩定劑后因金屬離子間的價鍵不同,使固溶體形成空位,提高了高溫離子的導電性,因此可作為高溫爐(>2000℃)的發熱元件。此外,ZrO2 材料還可用作原子反應堆的反射材料。因此,它在冶金、熱工及其它工業的高溫技術發展領域中有不容忽視的重要作用。 四、氧化鈣耐火材料制品 氧化鈣的熔點為2570℃,資源極其豐富,價格比較便宜 ,但難于燒結,在大氣中穩定性低,易於水化,是製造CaO制品存在的 問題。 制取純氧化鈣所用的原料是化學純碳酸鈣或氫氧化鈣,在略高于其分解溫度下灼燒。 在製造氧化鈣制品過程中,自製備團塊至燒成制品直到使用時為止,都必須保存在無水分的介質中。制品中氧化鈣的水化速度和其氣孔率成正比,為了增強氧化鈣制品的穩定性,可加入各種加入物使它們在煅燒過程中在CaO晶體表面上生成易熔性低共熔混合物,形成保護膜。如TiO2,BeO,Fe2O3+MoO3,Fe2O3+Cr2O3+MoO3。 在製造穩定的坩堝和其他制品時,通常加入5%~10%的TiO2,並用糊精或其他有機結合劑潤滑CaO+TiO2,然後壓製成團塊,在1650~1700℃進行預燒。在細粉碎(小於0.074mm )的混合料中加入少量潤滑油,在50~70MPa壓力下成型,隨後在1650~1700℃燒成。 用壓製法製造CaO坩堝時,可加入1%蜂蠟的四氧化碳溶液作結合劑。澆注氧化鈣坩堝時,須用無水酒精或石蠟與油酸的混合液。 為防止坩堝在貯存中水化,可在其上塗覆一層保護層。 氧化鈣是很便宜並易得到的原料,用其製造坩堝及其制品又具有非常良好的抗渣性,因此能用來熔煉高純度的金屬,如鉑、銠、銥及鈾、釷等。
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