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树袋熊

铜虫 (初入文坛)

[交流] 请教：磷酸锆和氮化硅的反应温度是多少？

请教磷酸锆的资料，越多越详细越好。谢谢大家！例外，磷酸锆和氮化硅烧结时磷酸锆是不是仅作为粘结剂，需要额外加助剂么？
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1楼 2007-07-30 16:27:02
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livra1058

至尊木虫 (著名写手)
网上搜的
磷酸锆材料及其应用



来源：中国陶瓷信息资源网 作者：李亚萍 发布时间：2006.12.21  
1 前言

　　根据热膨胀系数氧化物陶瓷可分为三类：低热膨胀系数＜2.0×10-6/℃；中热膨胀系数（2.0~8.0）×10-6/℃；高热膨胀系数＞8.0×10-6/℃；堇青石、锂辉石、钛酸铝陶瓷以及石英玻璃是属于低热膨胀系数范围的陶瓷。但其中堇青石、锂辉石、石英玻璃的使用温度局限于1300℃以下，钛酸铝具有1860℃的高熔点，低弹性模量和极好的绝热性以及很低的热膨胀系数，因此它可以用于极为严酷的热震环境（如汽车发动机排汽管内衬）。但钛酸铝的热膨胀系数是各向异性的，沿a轴是11.8×10-6/℃;沿b轴是19.4×10-6/℃；沿c轴是－2.6×10-6/℃;当烧结温度从1500~1700℃冷却时，微裂纹就出现在晶界上，因此获得很低的热膨胀系数（0.2×10-6/℃）[1]；但也是因为此原因钛酸铝的抗弯强度极低为10~35MPa；且在1100~1280℃钛酸铝表现出不稳定，分解成Al2O3与TiO2，在实用化前必须解决这些问题，近年来，在低膨胀材料领域研究人员正寻求耐高温的高强度，高稳定的低膨胀材料，迄今为止，有ZrO2－P2O5系，Ta2O5－WO3系及Sialon系统等。其中由磷酸锆材料可制出高强度、耐高温、致密稳定的低膨胀磷酸锆陶瓷，可拓宽低膨胀材料的应用范围，故愈来愈受人关注。

2 磷酸锆的合成

　　合成磷酸锆的原料是氧氯化锆与磷酸。将氧氯化锆水溶液和磷酸溶液按照磷酸锆的化学组成[2（ZrO2）·P2O7]混合，两者立即反应生成白色乳胶状沉淀，过滤后反复冲洗，将付产品HCL溶液等清洗干净，经110~120℃烘干，在1400℃煅烧，即得雪白纯净的磷酸锆粉体。也可加入少量Li2CO3或Na2CO3作为矿化剂，可使煅烧温度降低至900~1200℃。

3 磷酸锆的低膨胀性

　　磷酸锆从室温至1100℃表现为正膨胀，其膨胀系数为1.7×10-6/℃。但磷酸锆烧结材料，随着烧结温度的升高、高温烧成时间的延长，其热膨胀系数下降，特别是在1400℃以后，负膨胀百分率增大。浙江大学材料系王秀芳[2]等针对烧结温度、烧结时间对磷酸锆陶瓷的热膨胀系数的影响，作了对比实验如图1、图。






　　图1为磷酸锆粉体中添加2wt%Ni2O3为烧结促进剂，在不同温度下烧结2小时陶瓷的热膨胀曲线。由图可以看出，随着烧结温度的升高，陶瓷的热膨胀系数就下降，负膨胀百分率越来越大。图2为磷酸锆粉体中添加2wt%MgO作烧结促进剂，在1300℃温度下烧结不同时间所获得的热膨胀曲线。由图可以看出，随着烧结时间的延长，陶瓷的热膨胀系数下降，负膨胀率越来越大；1300℃下烧结8小时的磷酸锆陶瓷的负膨胀最大，正膨胀系数最低；而在1300℃下烧结1个小时的陶瓷之正膨胀系数表现为最大值。造成如图1、图2结果的原因主要是磷酸锆材料随着烧成温度的升高，逐步向致密化深入之后，进一步提高烧成温度或延长烧结晶时间，将使晶粒异常长大，当达斗临界尺寸后，由于热膨胀系数的各向异性，而产生微裂纹，温度越高，时间越长，晶粒长得越大，产生的微裂纹也越大。这些微裂纹为各晶粒的膨胀提供了场地，晶粒膨胀被裂纹所消化吸收，因此表现出膨胀系数下降，负膨胀百分率增大现象。故通过控制磷酸锆材料的烧结温度与时间，可以调节磷酸锆材料的热膨胀系数。
4 磷酸锆的烧结性

　　纯磷酸锆在1600℃也不易烧结，但结构稳定。1600℃以上磷酸锆发生缓慢的分解，致密度下降。故磷酸锆的烧结温度控制在1600℃以下。降低磷酸锆的烧结温度主要是添加能形成磷酸盐液相的金属氧化物。有ZnO、MgO、Nb2P5、Ta2O5、TiO2。若需提高材料的使用温度，应选择能形成高熔点液相的金属氧化物作烧结促进剂，如Ta2O5、TiO2。

　　磷酸锆材料在1400℃以后，随着温度的升高，其晶粒也加速长大，特别是在高温期长时间加热，晶粒长得更大，产生的微裂纹也越多，虽然其热膨胀系数下降，但也带来负面效果，导致强度下降。如添加TiO25wt%的磷酸锆材料在1600℃烧结30分钟，其抗折强度只有50MPa。

5 磷酸锆陶瓷

　　近来，随着高新技术的发展，对材料性能的要求越来越高。如纳米粉的自蔓延制作技术、超细r一氧化铁粉的制作、高精度稀土冶炼等对承烧器具的要求。不仅要求具有良好的热稳定性、化学稳定性，而且要有较高的强度抵御热应力及粉体膨胀力对器具的破坏。以往的低膨胀承烧器具强度较低，不能适用。磷酸锆陶瓷具有低热膨胀，耐高温、高强度、化学稳定性好等优良性能，有望在高新技术领域得到应用。

　　磷酸锆陶瓷的制作有两大难点需解决，一是不易烧结，需添加高温烧结促进剂，二是磷酸锆在高温区间晶粒异常长大，由于各向异性的热膨胀而导致产生微裂纹，使强度大幅度下降，如采用MgO或Nb2O5作烧结促进剂的磷酸锆，则各自在1300℃、1400℃下停留20~30分钟就产生裂纹，强度下降。对此需加入晶粒生长抑制剂。日本名古屋大学的山井严[3]等采用MgO、Nb2O5作磷酸锆的烧结促进剂，同时复合添加了SiO2作为晶粒抑制剂，对磷酸锆陶瓷的强度、晶粒生长进行了测试、观察。得到的结果是以MgO、SiO2作为复合添加剂时，MgO为1wt%，SiO2为0.1~0.2wt%的添加量时，即使在高温期（1300℃~1500℃）进行4小时的烧成，强度也不降低，反而幅度上升，强度可达200MPa，同时其热膨胀系数为1.7×10-6/℃。以Nb2O5、SiO2为复合添加剂时，Nb2O5为2wt%，SiO2为1~2wt%的添加量时，同样在高温期（1300℃~1500℃）进行4小时的烧成，其晶粒细小均匀，未发现异常长大状况，强度大幅度提高，可达200MPa，同时其热膨胀系数为1.7×10-6/℃。得到了性能优良的高强度、低膨胀磷酸锆陶瓷。

6 磷酸锆复合陶瓷
6．1磷酸锆、锆英石复合陶瓷

　　锆英石与磷酸锆复合，一是SiO2具有抑制磷酸锆晶粒生长的效果；二是锆英石与磷酸锆不反应，且锆英石属于中热膨胀系数的材料，热膨胀系数为4.0×10-6/℃；梯度不大，匹配性较好；三是锆英石为工业原料，价格便宜。
　　单独烧成的锆英石、磷酸锆当烧结至理论密度的95%时，两者的强度都为200MPa。但两者复合时，则表现现较差的烧结性。日本名古屋大学的山井严等将磷酸锆与锆英石按一定比例复合，并为了提高烧结程度加入了MgO或TiO2为烧结促进剂。复合结果是：以TiO2为烧结促进剂，当锆英石量为0时，在1500℃烧成两小时，其晶粒仍细小均匀，且强度高，但在1400~1500℃烧成16小时，则晶粒长大，强度下降；当锆英石含量为25%时，在1400℃烧成16小时，晶粒仍然细小均匀，强度仍然保持200MPa，热膨胀系数为2.0×10-6/℃,1500℃时其晶粒则稍大；当锆英石含量为50%时，在1500℃烧成16小时，其晶粒细小，强度保持200MPa，热膨胀系数为2.7×10-6/℃。

6．2 磷酸锆一氧化铝复合陶瓷

　　以a－Al2O3制作的氧化铝陶瓷，其结构稳定致密，是抗铅腐蚀的优秀材质。一直作为压电陶瓷生产的承烧坩埚材质得以应用，但氧化铝热膨胀系数较大（a=8.2×10-6/℃）、热稳定性差，使用寿命仅为几次，提高了压电陶瓷的生产成本。而磷酸锆是高强度高温低膨胀材料，且结构稳定，与氧化铝复合可改善热稳定性，提高压电陶瓷生产承烧坩埚使用寿命。本人在《中国陶瓷》2003年第2期上发表的“抗热震抗强腐蚀坩埚的研制”就是以氧化铝为基相，采用复相技术，加入磷酸锆低膨胀相及中间过渡相，提高材料的抗热震性，使氧化铝一磷酸锆复相材料坩埚不仅稳定抗腐蚀，同时具有良好的抗热震性，提高了使用寿命。其性能数据是：抗折强度185MPa；抗热震性：△Tmax≥300℃不裂；使用次数≥20次[4]。

7 结束语

　　1、磷酸锆材料是高温低膨胀材料，具有稳定的结构，其烧结材料在高温区晶粒长大，由于其膨胀系数的各向异性，而产生微裂纹，出现热膨胀系数下降，抗折强度下降现象。
　　2、添加烧结促进剂与晶粒抑制剂，可使磷酸锆陶瓷晶粒细小均匀、致密，即使在高温区长时间加热，强度也不降低，反而大幅度上升，可达200MPa，同时其热膨胀系数为1.7×10-6/℃。
　　3、磷酸锆与锆英石复合而成的复合陶瓷，在保持强度为200MPa的同时，其热膨胀系数为2.0~2.7×10-6/℃，并提高磷酸锆材料高温使用寿命。磷酸锆与氧化铝复合，改善了氧化铝的热稳定性，延长压电陶瓷生产用坩埚的使用寿命。总之通过复合处理，可使性能得到优化，拓宽材料的应用范围。
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2楼2007-07-30 22:17:27
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树袋熊

铜虫 (初入文坛)
谢谢你，这两篇文章我手头都有，可是我的温度没这么高
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3楼2007-07-31 16:11:47
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