Диоксид циркония (ZrO₂) — это высокоэффективный керамический материал, имеющий важное промышленное значение. Обычно он существует в трех кристаллических формах: моноклинный диоксид циркония (m-ZrO₂), тетрагональный диоксид циркония (t-ZrO₂) и кубический диоксид циркония (c-ZrO₂). Ниже 1170°C стабильна m-ZrO₂ с плотностью 5,68 г·см⁻³; в диапазоне от 1170°C до 2370°C стабильна t-ZrO₂ с плотностью 6,10 г·см⁻³; а между 2370°C и 2680°C стабильна c-ZrO₂ с плотностью 6,27 г·см⁻³. Фазовые превращения диоксида циркония зависят от температуры: при 1100–1200°C m-ZrO₂ превращается в t-ZrO₂; при температуре около 2370°C t-ZrO₂ превращается в c-ZrO₂. Важно отметить, что при охлаждении превращение t-ZrO₂ обратно в m-ZrO₂ затруднено из-за сложности образования зародышей m-ZrO₂, что приводит к гистерезису превращения, обычно происходящему при 850–1000°C. Эти фазовые превращения можно представить в виде: m-ZrO₂ ⇌ t-ZrO₂ ⇌ c-ZrO₂ ⇌ расплав. Диоксид циркония обладает не только исключительно высокой огнеупорностью, но и выдающейся стойкостью к термическому удару, сохраняя превосходную стабильность в условиях резких перепадов температур и агрессивных сред, что делает его востребованным материалом в области огнеупоров.

I. Ключевые свойства диоксида циркония

1. Жаростойкость
   Температура плавления диоксида циркония достигает 2715°C, что значительно превышает показатели большинства распространенных огнеупорных оксидов (таких как оксид алюминия, оксид магния). Это свойство позволяет ему длительно работать в сверхвысокотемпературных промышленных условиях, например, в металлургии, производстве стекла и аэрокосмической отрасли, выдерживая экстремальные тепловые нагрузки без размягчения или плавления.

2. Превосходная стойкость к термическому удару
   Диоксид циркония демонстрирует выдающуюся стойкость к термическому удару в условиях резких нагреваний и охлаждений. Например, при резком охлаждении с 1000°C до комнатной температуры его объемные изменения незначительны, что предотвращает образование трещин или отслоение. Это свойство в основном обусловлено способностью его микроструктуры адаптироваться в процессе фазовых превращений, что отличает его от традиционных хрупких огнеупорных материалов и позволяет применять в промышленных процессах с частыми колебаниями температур.

3. Высокая химическая стабильность
   Диоксид циркония обладает высокой стойкостью к воздействию различных химических веществ, включая расплавленные металлы, шлаки, стекломассу, а также кислотные и щелочные среды. Такая широкая химическая стойкость делает его идеальным выбором для огнеупоров в химической, металлургической и стекольной промышленности.

4. Высокая механическая прочность
   Даже при высоких температурах диоксид циркония сохраняет высокую твердость и прочность. Его превосходная прочность на сжатие и износостойкость позволяют ему выдерживать воздействие ударных нагрузок, механических напряжений и внешних сил при высоких температурах, тем самым продлевая срок службы огнеупорных материалов.

II. Применение диоксида циркония в огнеупорах

1. В качестве добавки
   Добавление небольшого количества диоксида циркония в традиционные огнеупорные материалы, такие как оксид алюминия или муллит, позволяет значительно улучшить их общие характеристики. Например, в ключевых узлах сталелитейной промышленности, таких как промежуточные ковши непрерывной разливки и воздухонагреватели доменных печей, огнеупоры с добавкой диоксида циркония демонстрируют улучшенную стойкость к термическому удару и химической эрозии, повышая тем самым надежность и эффективность оборудования.

2. Изготовление огнеупорных изделий напрямую
   Путем введения стабилизаторов, таких как оксид кальция или оксид магния, получают стабилизированный диоксид циркония, который затем используется для производства огнеупорного кирпича, литых масс и других изделий на его основе. Эти материалы широко применяются в особо экстремальных температурных зонах, таких как ванны стеклоплавильных печей или обжиговые зоны вращающихся цементных печей, где они сохраняют структурную целостность и функциональность в условиях длительного воздействия высоких температур и химической агрессии.

3. Применение в особых условиях
   В таких областях, как керамическая оснастка (садки) или футеровка мусоросжигательных печей, где предъявляются исключительно высокие требования к термостойкости и коррозионной стойкости, огнеупоры на основе диоксида циркония демонстрируют свои уникальные преимущества. Их превосходные эксплуатационные характеристики позволяют эффективно продлевать срок службы оборудования, снижать затраты на техническое обслуживание и одновременно повышать производственную эффективность и безопасность.
    

Благодаря высокой температуре плавления, выдающейся стойкости к термическому удару, превосходной химической стабильности и высокой механической прочности, диоксид циркония стал незаменимым сырьем в области огнеупоров. Будь то в качестве добавки для улучшения свойств традиционных огнеупоров или в качестве основного материала для производства высокотехнологичных огнеупорных изделий, диоксид циркония играет ключевую роль в экстремальных промышленных условиях. По мере развития технологий и роста промышленных потребностей применение диоксида циркония в огнеупорах будет становиться все более перспективным.

Если вы заинтересованы в огнеупорных материалах на основе диоксида циркония или у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами – мы предоставим вам профессиональную техническую поддержку и решения!