氧化锆复合锆粉培训材料

氧化锆复合锆粉培训材料编写人：冯国强日期：2012.04.04培训纪律1、手机调成震动或者关机状态。2、不能大声喧哗、交头接耳。3、上课集中精神，坐姿正确，不能做与培训无关的事件。4、培训是公司送给每个员工最好的礼物，所以希望大家认真听讲。主要内容1市场需求2发展趋势分析3生产技术方案4国内粉体知名制造厂家介绍市场需求1市场需求分析1.1产品定义氧化锆（ZrO₂）为白色无定型重质粉末，其晶体有多种变体，白色粉末为单斜晶系，无臭无味，氧化锆（ZrO₂）是多晶型氧化物，有三种同素异形结构，即单斜结构（m相）、四方结构（t相）、立方结构（c相）。ZrO₂四方相与单斜相之间的转变是马氏体相变，由于四方相转变为单斜相时有3-5%的体积膨胀和7-8%的切应变，因此，纯ZrO₂制品往往在生产过程（从高温到室温的冷却过程）中会发生t--ZrO₂转变为m--ZrO₂的相变，并伴随体积的变化而产生裂痕，甚至断裂，因此无多大的工程价值。在ZrO₂中添加Y2O2、CaO（氧化钙）、Al2O3（氧化铝）、CeO2（二氧化铈）等氧化物作为稳定剂，使之与ZrO₂形成固溶体或复合体，改变晶体内部结构，可形成亚稳的四方相或立方相，起到稳定的作用。1.2产品用途及研究应用情况高纯超细钇稳定复合氧化锆粉体是制作氧化锆特种陶瓷、高级耐火材料、光通讯器件、新能源材料的基础原料，随着科学技术、材料工业和信息产业的迅速发展，特种陶瓷以金属和其他材料不可比拟的耐高温、耐腐蚀、耐磨性能和独特的电性能而被广泛应用于航天军工、机械工程、通讯、电子、汽车、冶金、能源、生物等领域，是工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料，代表着现代材料发展的主要方向。作为氧化锆陶瓷的主要原材料，高纯超细复合氧化锆粉的应用亦随着应用范围的不断扩大而扩大。在航天军工领域，由于复合氧化锆具有极高的熔点、极好的耐磨性能，是航天飞机外壳的隔热瓦、火箭及导弹雷达保护罩、坦克装甲等的主要原材料。在机械工程领域，传统的金属材料有不耐高温、不耐磨损、易生锈的缺点，已经大量被现代氧化锆陶瓷取代，比如阀门、切削工具、缸套、磨介、搅拌棒、轴承等。在通讯领域，由于氧化锆陶瓷的特殊光性能和电性能，在一些新兴的行业也逐渐成为主角，如光通讯中重要的元件光纤连接器，原来使用的金属和塑料，光损耗大，使用寿命短，现在已基本被氧化锆陶瓷所取代。在电子领域，集成电路基板、电容、电阻等主要电子元器件中，氧化锆陶瓷也被广泛使用。在汽车行业，由于尾气排放要求的提高，目前几乎所有的汽车都要求安装氧传感器，以节约燃料和控制汽车尾气污染。汽车用氧传感器90%以上为复合氧化锆制作；另外，汽车零部件中的火花塞、气门、触媒等部分使用氧化锆制作。在冶金领域，高温设备的炉膛、炉管、炉衬等必须采用氧化锆陶瓷材料制作。在能源材料方面，氧化锆材料制作的固体燃料电池，具有体积小、能源转化高的特点，有大量替代传统燃料电池的趋势。在生物材料方面，由于氧化锆材料制作的人工关节、牙齿、骨修复材料等生物医学材料与人体具有较好的生物相容性，在临床上也大量使用。我国人口众多，对陶瓷生物医学材料有着巨大的需求。除了在上述领域之外，氧化锆陶瓷在其他领域也得到了越来越广泛的应用。氧化锆陶瓷制作的日用产品具有环保、不生锈、美观、耐用的特点，目前已经大量使用，如“永不磨损”雷达表的表壳、“吉列”刀片等；还有，目前在欧美已兴起“绿色厨房革命”浪潮，厨房使用的金属刀具将逐步被氧化锆陶瓷刀具取代；另外，氧化锆材料制作的推剪刀片也在畜牧业中广泛使用。1.3特种陶瓷发展状况特种陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷，有的还分为陶瓷涂层及陶瓷复合材料等。结构陶瓷主要是利用其耐高温、高强度、耐磨的性能，应用于热机部件、耐磨部件，例如刀具、轴承、密封环、阀门等，热交换器、防弹材料及生物陶瓷等。功能陶瓷主要是利用其电、磁、声、光、热学等功能特性，应用于绝缘子，集成电路的基片，电容器，压电和铁电及敏感元件等。随着科学技术、材料工业和信息产业的迅速发展，特种陶瓷材料以金属和其他材料不可比拟的耐高温、耐腐蚀、耐磨性能和独特的电性能而被广泛应用于电子、通讯、航空航天、国防、能源、生物、化工、医学等领域，是工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料，代表着现代材料发展的主要方向，因此受到世界各国的重视，竞相花巨资进行研发。我国特种陶瓷的研究起步较早，是20世纪50-70年代为研发“两弹一星”而起步的，主要是为核试验和航空航天配套开发耐高温、耐烧蚀的特种陶瓷材料。目前我国已形成了比较完整的特种陶瓷研发体系，部分理论已居世界领先地位，应用重点也转移到民用。近年来，我国已将特种陶瓷作为发展高技术产业的一个重点，在应用基础及产业化方面加大投入。但与日、美等国相比，目前我国在特种陶瓷的应用开发、生产水平和产业化等方面仍有明显差距，影响我国特种陶瓷发展的最主要因素之一便是特种陶瓷粉体（原材料）的生产加工落后，体现在专用粉体生产缺乏，产量低，质量稳定性差，从而影响产品质量的稳定性和可靠性，因而目前许多生产线所需原材料必须从国外进口，可以说这是我国特种陶瓷发展的一个“瓶颈”，致使我国特种陶瓷、电子和新材料工业的发展受制于外国，更有可能危及我国的经济乃至国防安全。以光纤连接器为例，近年来，富士康、潮州三环等从国外引进了二十条成套设备生产光纤连接器套管和插芯，仅是生产光线连接器领域2011年消耗的复合氧化锆高达600多吨，基本依赖进口。因此，我国“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”计划和国家863计划一直支持氧化锆超细粉体的研究开发。1.4特种陶瓷市场需求情况据权威机构研究，亚洲主宰世界特种陶瓷市场，日本明显领先，美国、欧洲分属第二、第三位，中国发展很快。世界特种陶瓷市场的实际增长分布很不均匀，2000年日本占世界特种陶瓷市场的63%，2010年占56%。美国是世界特种陶瓷第二大生产国，进入21世纪以来，美国特种陶瓷市场呈现持续增长，2000年87亿美元，2010年175亿元，年均增长率为9%。2010年占世界特种陶瓷市场的36%，仅次于日本。世界主要国家和地区特种陶瓷销售额见表4-1世界主要国家和地区特种陶瓷销售额表4-1金额单位：万美元资料来源：美国BusinessCommunicationsCo.Inc.年份国家2000年2005年2010年年增长率（%）美国871342069日本1972513205欧洲18294710合计3024145738中国特种陶瓷市场需求巨大，发展迅速，市场前景广阔，已经迎来发展的黄金期。2010年我国特种陶瓷产品销售额295亿元，生产规模相当于日本的1/7，美国的1/5，与欧洲相当。据中国科学院预测，到“十二五”末期，我国特种陶瓷产品销售额将达到450亿元。1.5产品市场销售预测高纯超细钇稳定复合氧化锆粉体是氧化锆特种陶瓷不可替代的一种主要原材料。根据国家发展和改革委员会高技术产业司和中国材料研究学会编写的《中国新材料产业发展报告》（2011年）《结构陶瓷》一文中所载，在高技术陶瓷（即特种陶瓷）各种原材料中，氧化锆所占份额为6-8%。以此为参照及从当前市场价格情况来看（产品平均单价为12万元/吨左右），按2015年特种陶瓷需求450亿元计，到2015年国内复合氧化锆的理论需求高达22500吨（按最低值计）。2010年国内复合氧化锆需求量大约在16000吨左右，而目前国内复合氧化锆年产量仅约7000吨左右，且因质量指标与进口产品差距较大而只能应用于相对低端的工业领域。由此可见，该行业市场存在较大供给缺口，且这一情形还将随特种陶瓷行业的快速发展而不断扩大，因此，高纯超细钇稳定复合氧化锆粉体的行业市场潜力极大，且将保持着较高的年增长率。2发展趋势分析随着电子和新材料工业的发展，氧化锆（ZrO₂）作为电子陶瓷、功能陶瓷、结构陶瓷和人造宝石的主要原料，在高技术领域的应用日益扩大。随着电子工业的发展，对电子器件提出了微细化、高精度和高可靠性要求。为满足这些要求，首先制作这些元器件的原材料必须具备纯度高、颗粒微细的条件。为此，高纯超细钇稳定复合氧化锆粉体的研制成为各国研究和开发的重点。2.1高纯超细氧化锆（ZrO₂）为更好地发挥氧化锆（ZrO₂）原来所具有的功能，通过精制提高其纯度，把影响其功能或对使用条件起副作用的离子除去是必要的，这对传感元件的精确度和可靠性将起决定作用。因此，高纯超细氧化锆（ZrO₂）的研究与开发成为国内外的热门课题，也是我国“九五”、“十五”、“十一五”规划重点开发的项目之一。2.2复合纳米氧化锆（ZrO₂）粉体的开发随着功能陶瓷和结构陶瓷等新材料工业的发展，对复合型超细及纳米级氧化锆（ZrO₂）的需求量将迅速增加，日本和美国等发达国家已进入产业化阶段。目前人们较熟悉的有ZrO₂-Y2O3、ZrO₂-CaO、ZrO₂-MgO等被称之为稳定（FSZ）或半稳定（PSZ）ZrO₂，以及复合超微粉体的制备。例如由（PZT）微粉、纤维与聚合物复合而成的0-3型和1-3型材料，可使水声探测器和医学超声探测器的灵敏度提高几个数量级。在Y2O3稳定的ZrO₂微粉中加入20%Al2O3，制成的陶瓷材料的超塑性达200%～500%。可以预见，由于物质的超微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，使超微粉与常规颗粒材料相比具有一系列优异的电、磁、光、力学和化学等宏观特性，从而使其作为新型材料在电子、航天、航空、冶金、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。3生产技术方案3.1生产工艺流程（另附图）烘干压滤煅烧四方粉Zr02氢氧化锆Zr(0H)4.nH20煅烧洗涤氧化钇Y20330万左右/吨氨水NH3.H20湿法反应氯氧化锆Zr0cl2.8H202万左右/吨球磨、造粒煅烧粉钢模压制结构件造粒粉干式等静压柱型磨介结构件湿式等静压球磨磨介烧结超细气流粉煅烧炉煅烧炉煅烧炉控制柜氧化锆粉单斜粉四方相气流粉四方相造粒粉立方相气流粉立方相造粒粉增韧氧化铝粉3.2生产工艺说明一种复合氧化锆粉体的制备方法，其特征是依次有原料预处理、通过中和共沉淀生成氢氧化锆，共沉淀过程PH值保持在9.0～9.3、经过洗涤与压滤洗出产品中的杂质、一次稳定化、粉磨均衡化、二次稳定化和粉碎工序。1、原料预处理工序：按照设定的重量比将氯氧化锆、稳定剂氧化钇、铝剂和纯水投入搅拌器中，加热至温度为50～80℃，搅拌至完全溶解成均匀的混合液，然后真空过滤，再将滤液泵送至计量槽中备用。此外，将液氨配制成设定浓度（7.8-8.0%）的稀氨水，备用。2、中和共沉淀工序：先将纯水注入反应槽中，至搅拌桨能搅拌到为至，然后按照设定的重量比投入沉淀剂、稀氨水和易电离长链型有机分散剂，调节pH值为9.0-9.3，再边搅拌边同时滴入原料预处理工序中制得的锆钇混合液和稀氨水，调节稀氨水滴入量，控制pH值恒定为9.0-9.3，反应结束后，继续搅拌0.5～1小时，直至完全中和，制得共沉淀产物氢氧化锆。ZrOCl2•8H2O+2NH3•H2O—Zr(OH)4+7H2O+2NH4Cl3、洗涤与压滤工序：使用纯净的去离子水洗涤制得的氢氧化锆，然后进行压滤操作，洗涤与压滤反复进行3～5次，直至制得含氢氧化锆总量为20～25％的滤饼（氯离子含量小于800ppm）。4、将清洗好的滤饼置入隧道式窑炉进行煅烧，使其比表面积控制在设定要求的4～30平方米/克，窑炉最高温度为800～1100℃，推进速度为110～150厘米/小时，处理时间为13～18小时。5、粉碎工序：将煅烧后的氧化锆粉料投入气流粉碎机粉碎，即是成品（超细气流粉）。6、将煅烧后的氧化锆粉料投入球磨机，根据粉料所需加入添加剂，将粉料球磨至粒径在1微米左右，球磨过程完毕。7、造粒：将球磨好的浆料通过雾化造粒机将水分蒸发，生产出工艺所需的造粒粉。4国内粉体知名制造厂家介绍东方锆业江西晶安焦作李封谢谢大家