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稀土在日用陶瓷中的应用
作者: 点击数: 时间:2011-03-11 00:00

1、应用于日用陶瓷

稀土在日用陶瓷中的应用是作陶瓷颜料,含稀土陶瓷颜料的主要工业应用是利用镨黄作瓷釉光亮的纯黄色瓷砖釉料。这种颜色在温度高达1000℃下仍 是稳定的,可用于一次和二次烧成工艺。已占据较贵的锡黄釉料的大部分市场。欧洲最大的氧化镨陶瓷色料用户是意大利,它是拥有世界最大的瓷砖工业的国家之一。镨黄(ZrO2-Pr6O11-SiO2)可用作瓷釉光亮的纯黄色瓷砖。

加入稀土元素,瓷釉会变得很有光泽。氧化铈用作搪瓷制品的白色遮光剂,素坯上涂一层含25%氧化铈的釉料,然后在900℃下烧制,与传统的遮光 剂相比,使用氧化铈时呈暖白色。在二次烧成工艺中,氧化铈同其它着色氧化物一起磨细加入到釉料中,使瓷的色彩更为光亮。氧化铈用作搪瓷制品的白色遮光剂,氧化钇用于橙色陶瓷颜料,氧化钕陶瓷颜料呈淡紫色。

2、应用于精细陶瓷

随着科学技术的发展,电子、信息、能源、空间、海洋工程以及军事等高技术领域对新材料的要求,赋予了陶瓷新的生命,构成了一个新的陶瓷领域-精 细陶瓷又称高级陶瓷。它是在工业上使用的陶瓷基础上,通过调整原料、控制化学组成、改进工艺方法、控制材料的显微组织和结构等,使其成为具有某种特定性能的特殊陶瓷材料。精细陶瓷的种类极为广泛,概括起来可分为功能陶瓷和高温结构陶瓷两大类。结构陶瓷主要利用其先进的力学性能制备各种机械结构零部件;功能 陶瓷主要利用其特殊的电、磁、声、光等性能来制备电容器陶瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷、导电陶瓷、电光陶瓷等。

一般来讲,稀土在陶瓷中并非主要成份,它只是做为一种添加剂。稀土氧化物在精细陶瓷中的应用,主要是作为添加剂来改进陶瓷的烧结性、致密度、显微结构和相组成等以满足在不同场合下使用的陶瓷的质量和性能要求。

(1)精细陶瓷的主要分类

①结构陶瓷

添加稀土的氮化硅陶瓷被认为是一种最有发展前途的高温结构材料,已被成功地用于发动机部件(如汽缸衬套、活塞头和涡轮叶片),耐磨性强的喷嘴、切削工具和轴承等。西方生产烧结氮化硅的厂家有20多家,美国和日本各有8家。

另一种添加稀土已获广泛应用的是氧化锆增韧陶瓷,是70年代发展起来的一种新型结构陶瓷,加入稀土以后,便制得部分稳定的氧化锆,这种部分稳定的氧化锆比全稳定的氧化锆要坚韧得多,生产这种陶瓷的厂家有24家,主要在日本、美国和英国等国家。目前已广泛应用于热障涂层、氧传感器、热敏电阻、高温燃料电池、人造宝石等。

②功能陶瓷

稀土功能陶瓷中的应用主要有陶瓷电容器、导电陶瓷、电光陶瓷、可变电阻等。陶瓷电容器加入稀土,主要是镧或钕,可在大温度范围内有稳定的介电常数,以提高其使用寿命;导电陶瓷是一种镧的铬酸盐陶瓷,在氧化环境中1900℃时仍保持稳定,可作加热元件,潜在的应用是作燃料电池;电光陶瓷是利用电信 号来改变光学性能的材料,在需要光信号控制的地方,特别是光纤通讯器件中,电光陶瓷的应用日益增大,加入稀土,一般是10%的镧,到PLZT陶瓷中,可以 改善其性能,最显着的效果是将PLZT的透光性由67%提高到98%。

(2)精细陶瓷开发现状

据美国矿务局分析估计,1995年高级陶瓷的销售额为70~110亿美元之间,2000年则为59~200亿美元,商务通信公司估测美国1995年高级陶瓷市场总额为42.95亿美元,2000年则为64.22亿美元。不过加稀土的陶瓷现在仍仅占一小部分份额,估计不到10%。

日本稀土资源十分匮乏,但包括稀土在功能陶瓷及结构陶瓷中的应用在内的稀土应用与开发,却首屈一指。由日本的专利可以看出,日本发明的稀土与陶瓷有关发明中,最多的是电子陶瓷,占40%以上。美国和西欧在功能陶瓷研究和开发的总体水平落后于日本,但在陶瓷传感器方面的研究具有很高水平,其成果多用于军事领域。此外,稀土作为结构陶瓷的助烧剂和稳定剂也广泛应用。国内研究功能陶瓷和结构陶瓷较多的是中国科学院上海硅酸盐研究所,此外,清华大学、山东大学、中科院沈阳金属研究所等单位也进行了这方面的研究。但总体来说,尚处于跟踪世界高新技术陶瓷的发展,水平落后于日、美。

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