Диоксиды циркония » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Диоксиды циркония

24.06.2021

Диоксид циркония ZrO2 существует в двух модификациях. Моноклинная модификация, устойчивая от обычных температур до 1000 °С, переходит при этой температуре в более плотную — тетрагональную (псевдокубическую) модификацию.

Параметры решетки моноклинной модификации ZrO2: a = 5,17 А; b = 5,26 А; с = 5,30 А; а = 80°8'.

Тетрагональная модификация ZrO2 имеет параметры решетки: a = 5,07 А; с = 5,16 А; a/с = 1,018, т. е. ее структура весьма близка к кубической.

Переход при нагревании из моноклинной в тетрагональную модификацию, сопровождающийся уменьшением объема на 7 %, является обратимым. Так как полиморфное превращение происходит довольно быстро и сопровождается изменением объема, то именно это — одна из основных причин растрескивания изделий из двуокиси циркония.

В присутствии оксидов кальция, магния и других, образующих с оксидом циркония твердый раствор кубической системы, тетрагональная модификация при температуре свыше 1500 °С постепенно переходит в кубическую форму (стабилизируется). Недавно была обнаружена частичная дестабилизация кубической структуры после выдержки при высоких температурах.

По-видимому, имеет место разложение части кубического твердого раствора на ZrO2 и стабилизирующую добавку при понижении температуры. Хорошие результаты получаются при стабилизации ZrO2 добавками тугоплавких металлов.

По Моосу, твердость спеченного диоксида циркония 7—8 ед., плотность зависит от модификации и составляет, г/см3: моноклинная 5,56; тетрагональная 6,10; кубическая зависит от количества и вида применяемого стабилизатора.

Температура плавления 2765±83 °С; температура кипения 4300 °С. Давление паров в интервале 2014—2290 К можно подсчитать по уравнению:

Летучесть диоксида циркония в вакууме заметна при 2300 °С. Прочностные характеристики и модуль упругости диоксида циркония показаны в табл. 4.11.

Диоксид циркония имеет высокую удельную прочность при температурах до 1800 °С, а при 1000 °С — он наиболее прочный окисный материал. Деформация образцов из стабилизированного технического диоксида циркония при растяжении при 2000 °С под нагрузкой 0,2 МПа составляет 4 %.

Теплопроводность диоксида циркония невысокая: для стабилизированной ZrO2 с пористостью 28 % коэффициент теплопроводности при 1200 °С равен 0,0022 кал/(см*с*град) [0,84 Вт/(м*К)].

Стабилизированный диоксид циркония имеет высокий коэффициент линейного расширения (более 8,0*10в-6 °Св-1). Моноклинная модификация оксида циркония имеет гораздо меньший коэффициент линейного расширения. Следовательно, наибольшей термостойкостью обладает диоксид циркония, состоящий из 70 % кубической и 30 % моноклинной модификаций.

Из всех оксидов оксид циркония имеет наибольшую электропроводность, которая оказывается еще выше для стабилизированного диоксида циркония:

Оксид циркония не взаимодействует с углеродом до 1900 °С; с металлами — до 2000 °С. Он устойчив в контакте с расплавленными осмием, платиной, палладием. В тиглях из стабилизированного диоксида циркония можно плавить калий, натрий, алюминий и железо без разрушения стенок тигля.

Рассмотренные тугоплавкие соединения переходных металлов, а также тугоплавкие соединения кремния, бора и тугоплавкие оксиды находят широкое применение в изделиях высокотемпературной техники.

Так, например, карбидокремниевые материалы применяются в авиационной и ракетной технике при изготовлении силовых элементов корпусов изделий, а также элементов конструкций ракетных и газотурбинных двигателей.

Диоксид циркония представляет основной компонент СВТКМ, применяемых для изготовления керамических нагревателей. Изготовленные из ZrO, нагреватели могут эксплуатироваться в условиях контакта с кислородсодержащими средами (на воздухе) при температурах до 2000 °С. Такие нагреватели являются наиболее высокотемпературными по сравнению с известными конструкциями высокотемпературных нагревателей, изготовленных из неметаллических материалов.

Оксид алюминия применяют в качестве дисперсного упрочнителя при создании сверхвысокотемпературных композиционных материалов на основе вольфрама. Нагревательные элементы, изготовленные из СВТКМ на основе вольфрама (ВА-3), содержащего дисперсные порошки оксида алюминия (d = 20 мкм), характеризуются высокой стабильностью свойств (о100) в условиях вакуума при температурах T больше 2000 °С. Такие композиты широко применяют в изделиях электровакуумной техники.

Нитриды и сплавы на основе нитридов тугоплавких металлов применяют в качестве огнеупоров с высокими температурами плавления и стойкостью против окисления (нитриды титана, циркония, тантала, тория). Нитриды титана и циркония представляют основу композита системы (Ti, Zr)N + BeO, применяемого для изготовления проводящего элемента ториевых катодов.

Области применения боридов тугоплавких металлов определяются прежде всего их жаростойкостью, жаропрочностью и химической стойкостью в контакте с агрессивными средами.

Высокие стойкость против окисления и сопротивление тепловому удару позволяют использовать бориды и композиты на их основе в качестве материала сопел высокотемпературных горелок, систем сжигания различных видов топлива техники высоких температур. Бориды и композиты на их основе применяют в качестве огнеупоров для сопел установок распыления расплавленных металлов.

Высокая твердость и термическая совместимость боридов, карбидов, нитридов и оксидов тугоплавких металлов с материалами основы позволяет рассматривать эти соединения в качестве эффективных напыленных покрытий, обеспечивающих требуемый уровень показателей качества системы в целом.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: