ZrO2熔點高達2700℃,同時還具有導熱系數低、耐熱性好、耐蝕性好和強度高等需要特點,作為高溫下使用的結構用陶瓷一直備受關注。在室溫條件下取ZrO2單斜晶結構,隨著溫度的升高,結構變化為正方晶、立方晶和結晶相。因為該結晶相的變化伴隨著約4%的體積變化,所以通過反復升溫降溫直至破損。而通過添加CaO作為穩定劑可以抑制結晶相的相變。除了CaO以外,Y2O3和MgO也是有這種效果的,單從價格和功能方面,大多使用CaO和Y2O3,其中CaO其材料本身廉價,穩定化容易,所以運用較多的是用CaO穩定的ZrO2。但是,存在的缺點是在高溫下長時間使用時,容易產生由于相轉移而導致的去穩定化現象。由此得知,與添加足夠量的穩定劑的安全穩定性ZrO2相比,穩定劑添加量加以控制的部分穩定性ZrO2,由于微觀裂紋等產生的效果,更加容易緩和應力。
ZrO2和Cr2O3一樣,對渣的溶解度極小,希望增加渣的黏性,所以通過添加ZrO2,可能會呈現良好的耐熔損性。然而眾所周知,伴隨熱變化會產生相轉移,此時呈現常膨脹,擔心在長期使用時組織會劣化。有報告稱,添加ZrO2的AL2O3質澆注料,由于反復熱處理導致殘余膨脹收縮很大,但是通過改變添加ZrO2的種類可以抑制殘余線膨脹收縮率的增加。此時還有報告稱,通過使用部分穩定性ZrO2使其生成單斜晶,通過微觀裂紋產生的效果,可以緩和耐火材料受到的應力。依靠這種效果,通過使用ZrO2來提高AL2O3-Cr2O3質澆注料的抗熱震性。但是,有關耐火材料添加ZrO2效果方面的研究報告很少。
在AL2O3-Cr2O3質澆注料中添加各種ZrO2,研究了其對澆注料特性的影響,得出了以下結論。
(1)穩定化率
穩定化率越高,結果是體積穩定性越好。另外高溫線膨脹率為直線,降溫時膨脹曲線的軌跡也接近升溫時的直線。穩定化率不同對耐熔損性的影響沒有發現大的差異,但在抗浸透性方面,穩定化率越高,抗浸透性越好,而穩定化率越高,抗熱震性越低。
通過提高ZrO2的穩定化率,則體積穩定性提高,抗浸透性提高,但抗熱震性降低。
(2)關于CaO穩定的ZrO2的粒度
粒徑越大體積穩定越低,另外高溫線膨脹率也變大。在耐熔損性方面沒有發現存在差異,但抗浸透性降低,抗熱震性也降低。
根據這次的實驗結果,ZrO2粒徑越小,效果也好。
(3)關于穩定劑
MgO穩定的ZrO2與CaO相比,體積穩定性、抗熱震性差,但耐熔損性和抗浸透性提高。由此得知由于穩定劑不同而呈現不同的特征。
(4)關于不穩定ZrO2
添加不穩定ZrO2試樣反復燒成,殘余膨脹大,體積穩定性差,熱膨脹率曲線也發生異常膨脹收縮。但是,耐熔損性提高。在抗熱震方面,由于裂紋多發,呈降低傾向。由此得知添加不穩定ZrO2試樣僅耐熔損性提高。在試驗中,添加ZrO2原料的AL2O3-Cr2O3質澆注料,雖然添加量為少量的2%,但卻發現了很大的差異。另外還得知穩定劑和穩定化率不同,則呈現不同的性狀。其中有的結果還與ZrO2原料的性狀很相似。