工业陶瓷种类和应用

1.氧化钙陶瓷(calcia ceramics)

氧化钙陶瓷(calcia ceramics)是指以氧化钙为主要成分的陶瓷。

性质：氧化钙具有NaCl型晶体结构，密度为3.08~3.40g/cm，熔点为2570℃，具有热力学稳定性，能在高温（2000℃）下使用，与高活性金属熔体的反应小，受氧或杂质元素的污染少。制品具有良好的抗熔融金属侵蚀性和抗熔融磷酸钙侵蚀的作用。可用干压法成型，也可注浆成型。

应用：

1）它抗金属侵蚀性优良，是冶炼有色金属，如高纯度铂、铀的重要容器；

2）经二氧化钛稳定化的氧化钙砖，可用作熔融磷酸盐矿的回转窑内衬材料；

3）从热力学的稳定性来看，CaO 超过SiO2、MgO、Al2O3和ZrO2等，在氧化物中最高。这种性质表明，它可作为熔融金属、合金用的坩埚；

4）在金属熔化过程中，可使用CaO质取样器和保护管，多用在高钛合金等活性金属熔体的质量管理或温度控制中；

5）CaO陶瓷在冶金方面的用途除上述之外，也适用于电弧熔化用的保温套或平衡实验角的容器等。

氧化钙有两个缺点：

①容易与空气中的水份或碳酸气发生反应；

②与氧化铁等氧化物在高温下能发生熔融反应。这种熔渣化作用，是陶瓷易腐蚀和强度低的原因，这些缺点也使得氧化钙陶瓷难以广泛应用。CaO作为陶瓷还处在初级阶段，它具有两面性，有时稳定，有时不稳定。今后可以通过原料、成形、烧成等技术的进步，更好地筹划其用途，使其真正加入陶瓷行列。

2.锆英石陶瓷(zircon ceramics)

锆英石陶瓷(zircon ceramics)是指以锆英石(ZrSiO4)为主要成分的陶瓷。

性质：锆英石(ZrSiO4)陶瓷具有良好的抗热震性、耐酸性、化学稳定性，但耐碱性不佳。锆英石陶瓷的热膨胀系数和导热系数较低，其抗弯强度可保持在1200~1400℃而不下降，但其力学性能较差，生产工艺与一般特种陶瓷相似。

应用：

1）锆英石作为酸性耐火材料，已在生产玻璃球及玻璃纤维的低碱铝硼硅酸盐玻璃窑炉上得到了广泛应用，锆英石陶瓷具有高的介电性能及机械性能，还可以用作电绝缘体及火花塞等；

2）主要用于制作高强度高温电瓷、瓷舟、坩埚、高温窑炉用的承烧板、熔制玻璃炉的炉衬、红外辐射陶瓷等；

3）可以制成薄壁制品—坩埚、热电偶套管、喷咀，厚壁制品—研钵等；

4）研究表明，锆英石具有化学稳定性、机械稳定性、热稳定性和辐射稳定性，对U、Pu、Am、Np、Nd、Pa等锕系元素具有较好的包容能力，是固化钢系高放射性废物(HLW )理想的介质材料；

有关锆英石陶瓷的生产工艺与其力学性能之间关系的研究尚未见报道，在一定程度上妨碍了对其性能进一步深入的研究，使锆英石陶瓷的应用受到了一定的限制。

3.氧化锂陶瓷(lithia ceramics)

氧化锂陶瓷(lithia ceramics)是指主要成分为Li2O、Al2O3、SiO2的陶瓷制品。自然界中含Li2O的主要矿物原料有锂辉石、透锂长石、锂磷铝石、锂云母和锂霞石。

性质：氧化锂陶瓷制品的主晶相为锂霞石(Li2O·Al2O3·2SiO2)和锂辉石(Li2O·Al2O3·4SiO2)，其特点是热膨胀系数低(100~1000℃范围内为-0.03×10/℃~ 4.08×10/℃)，抗热震性良好。Li2O是一种网络外体氧化物，有加强玻璃网络的作用，可有效提高玻璃的化学稳定性。

应用：可用于制作电炉(特别是感应电炉)的衬砖、热电偶保护管、恒温零件、实验室器皿、烹饪用具等。Li2O-A12O3-SiO2(LAS)系材料是典型的低膨胀陶瓷，可用作抗热震材料，Li2O还可以作陶瓷结合剂，在玻璃工业中也具有潜在的使用价值。

4.氧化铈陶瓷(ceria ceramics)

氧化铈陶瓷(ceria ceramics)是指以氧化铈为主要成分的陶瓷。

性能：该制品的比重为7.73，熔点为2600℃，它在还原气氛下会变成Ce2O3，熔点由2600℃降到1690℃。700℃时的电阻率为2×10欧姆·厘米，1200℃时为20欧姆·厘米。我国工业化生产氧化铈常用的工艺技术有如下几种：

1）化学氧化法，包括空气氧化法和高锰酸钾氧化法；

2）焙烧氧化法；

3）萃取分离法。

应用：

1）可作为加热元件、熔炼金属及半导体的坩埚、热电偶套管等；

2）可作为氮化硅陶瓷的烧结助剂，还可对钛酸铝复相陶瓷进行改性，并且CeO2是一种较为理想的增韧稳定剂；

3）加入99.99% CeO2的稀土三基色荧光粉是制作节能灯的发光材料，其光效高，显色好，寿命长；

4）用质量分数大于99%的CeO2制成的高铈抛光粉硬度高，粒度小而均匀，晶体具有棱角，适合于玻璃的高速抛光；

5）用98%的CeO2作为玻璃脱色剂和澄清剂，可提高玻璃的质量和性能，使玻璃更为实用；

6）氧化铈陶瓷，其热稳定性差，对气氛敏感性也强，因而在一定程度上限制了它的使用。

5.氧化钍陶瓷(thoria ceramics)

氧化钍陶瓷(thoria ceramics)是指ThO2为主要成分的陶瓷。

性质：纯氧化钍为立方晶系，萤石型结构，氧化钍陶瓷制品热膨胀系数较大，25~1000℃时为9.2×10/℃；导热率较小，100℃时为0.105 J/(cm·s·℃)，热稳定性较差，但熔融温度高，高温导电性能好，有放射性。成型方法可采用注浆成型（加10%聚乙烯醇水溶液作悬浮剂）或压制成型（加20%四氯化钍作黏结剂）。

应用：主要用作熔炼锇、纯铑和精炼镭的坩埚，也可作为加热元件，用于探照灯光源，白炽灯纱罩，或作为核燃料，还可用作电子管阴极、电弧熔融用电极等。