[其他]用氧化镁部分稳定的氧化锆

说明书

本发明涉及用氧化镁部分稳定化的氧化锆耐火材料制品，特别是用具有较高二氧化硅含量的氧化锆制造的这种制品。氧化锆制品在常温和高温下均有高的强度和韧性（Toughness），并在普遍应用的温度范围内显示出良好的抗热冲击性，在许多应用中，氧化锆要比通常采用的耐火陶瓷制品优越。

由于氧化锆在其单斜晶/四方晶的晶系互转变过程中经历了明显的体积改变，未经稳定的氧化锆一般不适合于制备在它的发生晶系转变的温度范围内易受到温度变化的那些制品。所以，向氧化锆添加一定的稳定剂并与其反应来使其稳定，至少部分地使它在遍及这些温度范围内以立方晶系形式存在。氧化锆的“完全”或“部分”稳定化是依赖于稳定剂的数量是足以与全部氧化锆还是与部分氧化锆形成立方相固溶体。部分稳定化一般是足以克服氧化锆中这种破坏性的热致体积变化的。氧化镁是最佳稳定剂的一种，对部分地稳定氧化锆是有效的，它在低如约2.5～4.0重量百分含量时就能使氧化锆达到所期望的抗热冲击性能。

部分稳定化的氧化锆的重要应用之一是用作为高速、高温挤压铁基合金和非铁基合金的挤压模。在此应用中，挤压温度和压力能分别达到1250℃和1500MPa（兆·帕什卡）。很显然，模具材料承受了很高的应力，因此材料必须是相当高强度的以防止在热应力和机械应力下破坏。

美国专利4，279，655（Garvie等;1981年7月21日）展示了一种特别强且热稳定的氧化镁部分稳定的氧化锆，它所揭示的氧化锆材料用约2.8～4.0%（重量）的氧化镁来稳定，并通过一种特殊的加热、冷却和热时效制度，产生了一种以具有稳定的立方晶系氧化锆晶粒基相为组织特征的显微结构，其中每个晶粒包含单斜晶系氧化锆和四方晶系氧化锆的不连续析出物。这种显微结构给出了覆盖很宽温度范围的强度、韧性和抗热冲击性。

可是该参考文献进一步指出，制备稳定化氧化锆的氧化锆粉末必须有高纯度，所含氧化硅不高于约0.03%（重量），以便使该发明方法制得的最终氧化锆材料体达到预期性能。这个条件存在实际缺陷，在大多数商业化的氧化锆粉末中的二氧化硅含量均超过了所述的极限。例如，ZIRCOA-A（单斜晶的）氧化锆粉末，现在它可从纽约康宁，康宁玻璃厂（Corning    Glass    Works）买到。按美国专利2，578，748制造的氧化锆，通常包含约0.05～0.5%（重量）的二氧化硅。另外，氧化钙及其它氧化物也能以较少含量形式存在，见表1所示。更容易得到的氧化锆粉末一般都不能达到美国专利4，279，655所要求的纯度。

表1

典型ZIRCOA-A氧化锆粉末的化学分析

重量%

ZrO₂＊ 99.60

SiO₂0.10

CaO    0.17

MgO    0.01

TiO₂0.04

Al₂O₃0.02

Fe₂O₃0.04

＊附带天然杂质HfO₂

公布的英国专利申请2，149，773A揭示了一种用氧化镁部分稳定的氧化锆，它确实包含了0.8～1.5%的二氧化硅。但是该公布的烧制氧化锆制品并不是用上面讨论中所提到的特殊冷却和热时效规程制备的，也没有揭示其最终得到了有益的显微结构。公布的PCT专利申请WO83/04247揭示了不满足美国专利4，279，655纯度要求的氧化锆粉末还是能够按照该专利的方法加工处理来获得预期的部分稳定化了的显微结构，这种结构是以向复合物中引入一种特殊添加剂为条件。特别是，它揭示了在最终产物中最高为1.0重量百分的氧化锆是可接受的，此时0.05～1.0重量百分含量的特殊“添加剂”（一种金属氧化物，最好是氧化锶，氧化钡或稀土金属氧化物，它们生成不与氧化镁结合的不溶的锆酸盐）在烧制前被加到配料中去。但是，添加剂的存在，通常需要延长时效时间和时效所增加的费用，以及还可能减小高温强度，这些均成为这种方法和复合物的缺陷。

因此，本发明的目的之一是提供一种用氧化镁部分稳定的氧化锆陶瓷材料，它所具有的强度、韧性和抗热冲击性由含沉淀物的显微结构给予的，并且如果需要，它可从容易得到的二氧化锆粉末配料来制备，它不需要引入特殊添加剂或进一步纯化配料以除去氧化硅。