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[咨询文摘] 纳米复合氧化锆应用领域分析 [推广有奖]

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     水热法生产纳米复合氧化锆是目前工业化的最佳路径,其反应原理简单,即将原料(氧氯化锆及稀土氯化物)水解生成氢氧化物,再通过水热反应控制纳米颗粒的形成,并通过后处理工序进行适当调节。

    表1:水热法是生产纳米复合氧化锆的最优方法,核心在于工艺控制



    表2:典型纳米复合氧化锆水热法生产过程中,难点集中在工艺条件的摸索与控制



    为得到尺寸均一、粒径可控、烧结效果好的产品,整个工艺难点在工艺控制,尤其是热交换降温、煅烧等环节升降温曲线的条件摸索与精确控制、两次分散过程中分散剂的使用与过程控制。国瓷材料在水热法纳米钛酸钡及微波介质等原有产品的生产过程中,积累了相关设备与工艺技术经验,2年时间取得中试成功;九九久拥有卓越的产业化实力,对设备(包括设计和使用)和工艺流程控制有自身独到的深刻理解,在“千人计划”沈同德团队支持下,历时1年中试成功。


    表3:纳米复合氧化锆目前市场容量约140亿元,多数下游均在快速成长期,未来发展潜力大



    研磨介质全球年消费量在千万吨级,产品品种繁多,价格差异巨大。纳米复合氧化锆作为研磨介质,相比其他材料,具备三个方面的特性:极低的磨耗(ppm)级,可防止物料污染;高的研磨效率;使用寿命长。纳米粉体质量直接决定了最终产品质量。


    图1:东方锆业复合氧化锆TZP磨介与其它磨介耐磨性比较,磨耗极低



    由于其单价高(一般国内货源10-20万元/吨,国外货源50-80万元/吨),相对其他研磨介质的数千元-数万元/吨的价格而言,只在少数特定场合使用(如电子陶瓷、耐火材料、磁性材料、冶金、医药、食品、化妆品、涂料、纺织、印染、颜料等),年用量全球约6000吨左右(其中中国3000吨左右)。东方锆业的复合氧化锆产品满足一部分中低端需求,其复合氧化锆的总产能2300吨/年,其中每年有500吨左右的量用于生产研磨介质,毛利率40-50%。


    纳米复合氧化锆在涂料中的应用领域包括:利用其高硬度、抗磨损、耐刮擦、不燃的特性,极大的提高涂料的耐磨性和耐火效果。由于其导热系数低、并具备特殊光学性能,可用于军事、航天领域的热障涂料及隔热涂料。纳米复合氧化锆具备特殊光学性能,对紫外长波、中波及红外线反射率达85%以上;且其自身导热系数低,可提高其隔热性能。


    由于不同晶型纳米氧化锆体积不同,可制备具备自修复功能的功能性涂料。


    陶瓷刀(锆刀)具有高硬度(莫氏硬度9.0,仅次于钻石)、无毛细孔、不生锈、无金属味残留、无需重新打磨、抗菌、抗氧化等优点,具有许多金属制刀具无法取代的特性,在20世纪初即有使用,但因其脆性局限其实用范围。近年来,随着纳米复合氧化锆复合材料的进步,其韧性大幅改善,陶瓷刀从原有的航空航天等高科技领域


    开始扩大到工业陶瓷刀具,近年开始走向民用,在欧美家庭和医疗手术用刀的市场份额快速提升,近年全球刀具年消耗纳米复合氧化锆6000吨左右。目前家用锆刀的品牌较多,国外包括德国双立人、德国陶正TRANCEN、日本京瓷KYOCERA等,国内厦门美迪亚MIDDIA、金澳、金钛、苏泊尔、张小泉等多个品牌近两年开始跟进。


    图2:纳米复合氧化锆陶瓷刀(锆刀)开始走入寻常百姓家



    国内刀具制造基地广东阳江每年消耗的特种钢超过100万吨,目前陶瓷刀产量占比较小,东方锆业每年约1000吨复合氧化锆供应当地刀具厂家,由于市场增速较快,后续拟扩建2700吨/年产能。由于原粉品质差距,国内刀具整体质量(尤其是韧性)较进口产品差距较大。


    由于纳米复合氧化锆的特种性能,可以承受金属材料、高分子材料和绝大部分其他陶瓷材料难以胜任的严酷工作环境,特别是高温环境,因此其制品作为结构件在能源、航空航天、机械、汽车等多个行业得以应用,全球年消费量在3000吨以上。以高温结构陶瓷为例,可分为两大类,一类是在大热流和1500度高温下短时间使用(几秒到几十分钟),另一类是在中热流和1200度以上高温下长时间使用(几百到几千小时)。前者用于洲际导弹、航天飞机蒙皮等,后者用于能源工程,作为各种新型热机(燃气轮机、绝热柴油机和斯特林发动机)中的耐磨、耐腐蚀部件。国内从事结构陶瓷材料的厂家数量众多,但规模不大,且绝大部分都是外购纳米复合氧化锆粉进行加工。



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关键词:应用领域 氧化锆 高分子材料 东方锆业 航空航天 氢氧化物 降温 氧化锆 分散剂 氯化物

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