氧化锆在耐火材料中的应用

　　氧化锆一般有单斜ZrO2(m-ZrO2)，四方氧化锆(t-ZrO2)和立方ZrO2(c-ZrO2)三种晶型。1170℃以下是m-ZrO2的稳定温度，其密度为5.68g·cm-3;1170℃到2370℃是t-ZrO2稳定的范围，其密度为6.10g·cm-3;2370℃至2680℃是c-ZrO2稳定的范围，其密度为6.27g·cm-3。由于外界条件的变化，氧化锆的晶型间可相互转变。

　　在1100~1200℃时，m-ZrO2会转化为t-ZrO2;t-ZrO2在2370℃左右时转变为c-ZrO2;但在降温阶段，t-ZrO2转变为m-ZrO2时因m-ZrO2晶核形成困难，造成转变温度滞后，一般在850~1000℃时才转变为m-ZrO2。ZrO2晶型转变之间的关系表示为:m-ZrO2t-ZrO2c-ZrO2溶体。

　　1.氧化锆在耐火材料中的三种增韧方法

　　加入ZrO2来改进原有耐火材料性能特别是改善其热震稳定性，这与ZrO2的增韧作用分不开。对ZrO2的增韧机理有多种说法，目前公认的有以下几种。

　　1).应力诱导相变增韧

　　耐火材料基质中的ZrO2在烧成温度下会以t-ZrO2形式存在;当冷却时会转变为m-ZrO2，并伴随7%的体积膨胀。但受到周围基质的约束，使t-ZrO2到m-ZrO2的转变温度下降。通过对基质性质进行该变，可将t-ZrO2保持到室温。当材料由于外力作用促使ZrO2周围的基质对其约束作用下降，才触发t-ZrO2向m-ZrO2转变。因相变消耗了外界能量，从而达到对材料的增韧。

　　2).微裂纹增韧

　　在含ZrO2的复相材料中，如果t-ZrO2的粒径较临界直径大，那么当t-ZrO2转变m-ZrO2后所产生的体积膨胀会造成m-ZrO2附近产生较多微裂纹。当主裂纹受到热应力或其他外力作用时，遇到这些微裂纹时，会消耗其中一部分能量，这在一定程度上会提高主裂纹扩展所需能量，从而实现对材料的增韧。

　　3).裂纹偏转和弯曲增韧

　　在多相材料中，由于各个相间失配导致主裂纹经过第二相颗粒周围时会发生一定程度上的倾斜、偏转，延长了裂纹扩展的路程，这将消耗更多裂纹扩展所需的驱动力，从而达到对材料的增韧效果。氧化锆的增韧机理非常复杂，但可以肯定氧化锆增韧材料至少由以上两种不同的增韧机理同时作用的结果。