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看看大佬是如何布局氧化锆产业的?
2019年09月04日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:508
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在全球范围内,氧化锆生产企业主要集中在少数国家,这主要包括极速5分快三、日本、法国、英国、美国、澳大利亚等。全球范围内,复合氧化锆产业布局较全的企业包括圣戈班,日本东曹,日本第一元素,昭和电工,法国苏维、日本住友大阪水泥等。其中日本第一元素的主营业务以锆化合物为主页,其他企业大多是大型综合型企业。

以氧化锆为主要成分,加入稀土元素(主要是氧化钇)和其他氧化物后,可以形成具有不同性能特点的复合氧化锆粉体。复合氧化锆的性质取决于它所结合的物质类型或晶体结构,根据应用领域的具体需求,采用不同的配方可以制备出具有不同性能的不同品种的复合氧化锆材料。

总的而言,氧化锆陶瓷分为三大类:①PSZ部分稳定氧化锆,又叫陶瓷钢(具有优越的抗冲击性);②TZP四方多晶氧化锆(更好的机械强度和断裂韧性);③FSZ全稳定氧化锆,晶相立方相,具有高温导电性能,但热膨胀系数高,抗热震性差。下文小编将以锆化合物品种齐全的日本第一元素的产品应用领域来看看复合氧化锆在工业上的应用范畴。首先,扔出一张第一元素的产品应用领域大集合的机翻截图(见下图)供大家参考。

1、催化剂

由于氧化锆是唯一同时拥有酸性和碱性及氧化性和还原性的金属氧化物,而且还是p型半导体,易于产生氧空穴,作为催化剂载体,可和活性组分产生相互作用,因此它负载的催化剂与其他物质负载的催化剂相比,具有更多的优良性能。

2、精细陶瓷件

氧化锆陶瓷可以具有优秀的力学性能及断裂韧性,抗化学腐蚀能力,而且生物相容好,因此在工业及生活上你都能看见氧化锆陶瓷材料的背影。

氧化锆陶典型用途:刀具、义齿、轴承等材料

3、电池材料

固体氧化物燃料电池是20世纪80年代迅速发展起来的新型绿色能源。由于其具有能量转化效率高(可达65%)、可使用多种燃料如氢气,一氧化碳,甲烷等,系统设计简单,污染无排放量低等优点将被应用于发电系统。固体电解质是SOFC的核心部件。

 

固体燃料电池示意图

氧化锆陶瓷因具拥有较高的离子电导率,良好的化学稳定性和结构稳定性,成为研究最多、应用最为广泛的一类固体电解质材料。

4、耐火材料

氧化锆使用温度高(2300℃-2400℃)、化学稳定性好、不易分解、抗酸碱炉渣腐蚀性强,是极好的特种氧化物耐火材料。工业采用氧化锆基耐火材料,可以制取抗热冲击、抗腐蚀和抗磨损能力优秀的耐火材料,可以使耐火材料具有更好的性能和更长的使用周期。当前已经应用于工业连续铸造钢及合金等材料的制造过程中,对钢材等金属材料的品质提升及成本降低有着重要的意义。

 

氧化锆泡沫陶瓷用于钢水过滤

5、光学材料

二氧化锆ZrO 2是一种高折射率,低吸收性材料,可用于近紫外(<300 nm)至红外(~8μm)光谱区域的涂层。纳米氧化锆添加到特种涂层材料中,可以在不改变透光率的前提下,提高涂层的折射率。在光学材料领域,纳米氧化锆除了用作涂层外,还可以用作光学镜片的抛光材料。目前国内外使用的超软光学玻璃,化学稳定性差、易腐蚀和水解,热膨胀系数高,相比于常规光学元件而言实现其超光滑表面加工的难度要大很多,采用单纯的稀土抛光液并不能满足要求,而以氧化锆为主要原料制备而成的抛光液则可适用于超软材质光学玻璃的精密抛光。

6、电子材料

用于氧传感器:对于使用三元催化转换器来减少污染排放的发动机,氧气传感器在汽车工业中是必不可少的。它是利用陶瓷敏感元件测量汽车排气管道中的氧电势,由化学平衡原理计算出对应的氧浓度,达到监测和控制燃烧空燃比,以保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。目前,使用的氧传感器有两种:氧化钛和氧化锆。如下图所示,其核心元件是多孔的ZrO2陶瓷管,它是一种固态电解质,两侧面分别烧结上多孔铂(Pt)电极。

氧化锆用于汽车氧传感器

用于压电材料原料:锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3PZT)陶瓷是商业上一类重要的压电材料。与其他压电陶瓷相比,PZT陶瓷不仅具有较高的居里温度和压电系数,而且易于掺杂改性,具有较好的稳定性,因而在电子机械制造业具有很重要的地位,是制备声纳、水听器、超声发生器、搞伏特发电机和位置微调器等大部分电子机械装置的基础材料。

锆钛酸铅的合成方法有多种:高温烧结法、固相研磨法、溶液水热合成法、凝胶法等等。前两种称为固相法,采用氧化铅+二氧化钛+二氧化锆为原料,在特定的条件下进行反应,生成锆钛酸铅产物。其颜色与合成过程、产品颗粒度有关。

用于电容器:MOSFET(金属-氧化物-半导体-场效应晶体管)的核心:金属—氧化层—半导体电容。栅极氧化层随著MOSFET尺寸变小而越来越薄,主流的半导体制程中,甚至已经做出厚度仅有1.2纳米的栅极氧化层,大约等于5个原子叠在一起的厚度而已。在这种尺度下,所有的物理现象都在量子力学所规范的世界内,例如电子的穿隧效应。因为穿隧效应,有些电子有机会越过氧化层所形成的位能障壁而产生漏电流,这也是今日积体电路芯片功耗的来源之一。为了解决这个问题,有一些介电常数比二氧化硅更高的物质被用在栅极氧化层中。例如铪和锆的金属氧化物(二氧化铪、二氧化锆)等高介电常数的物质均能有效降低栅极漏电流。栅极氧化层的介电常数增加后,栅极的厚度便能增加而维持一样的电容大小。而较厚的栅极氧化层又可以降低电子透过穿隧效应穿过氧化层的机率,进而降低漏电流。

7、制动材料

陶瓷材料具有高耐热性,热稳定性和硬度等特性,作为先进陶瓷中重要的一员,氧化锆陶瓷当然也具有相似的特点。鉴于先进陶瓷具有这些优秀品质,研发人员将其引入了摩擦材料中,以获得最极端工作条件下寿命更长更耐用的摩擦材料,如今,越来越多的用于刹车片和离合器衬里的复合材料配方中含有陶瓷材料。

许多陶瓷材料都可以加入制动材料中,这其中包括了我们今天介绍的氧化锆陶瓷,此外常见的有碳化硅、氧化铝、二氧化硅和氧化镁等。

制动刹车片材料的微观结构举例

8、热喷涂材料

采用热喷涂技术,在金属集体上沉积陶瓷涂层,将陶瓷耐高温、隔热、耐磨、耐蚀、绝缘等特性与金属材料的强韧性、可加工性、导电导热等特性结合起来,获得理想复合涂层制品,已成为当今复合材料及制品研制领域的一个重要发展方向。航空表面防护技术是热喷涂持续多年的研究热点,航空发动机的关键部件是高温合金涡轮叶片和涡轮盘,当前发动机涡轮进口温度以接近或超过合金的熔点,这样高的温度会影响发动机的功能和染料。因此高温合金的一个重要发展趋势就是在合金表面涂覆隔热性能良好的高熔点陶瓷涂层(热屏蔽涂层TBCS)。目前TBCS应用最多的是氧化钇稳定氧化锆材料。

粉体圈 编辑:小白


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