立方氧化锆是什么材质 合成立方氧化锆的方法有哪些

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摘要:立方氧化锆具有高硬度、高强度、高耐磨性、高抗蚀性、高温稳定性等优良特性。与传统材料相比,立方氧化锆具有更好的机械性能和化学稳定性,可以承受更高的温度和更强的腐蚀。那么接下来我们就一起了解一下,立方氧化锆是什么材质以及合成立方氧化锆的方法有哪些吧。

一、立方氧化锆是什么材质

立方氧化锆又名苏联石,是人工合成宝石,最早由苏联人研制成功,故名苏联石。亦被称作“方晶锆石”或“苏联钻”, 是二氧化锆晶体的一种。氧化锆天然存在时大部份为单斜晶体,主要以矿物“斜锆石”存在。以立方单晶体存在的氧化锆在天然中极为罕有,可以通过人工方法合成,被广泛用作钻石的代替品。

立方氧化锆与钻石一样,都为立方晶体。在正常压力之下,二氧化锆的稳定晶体为单斜晶体(mono-clinic),因此在合成立方氧化锆的过程中,需要加入份子量为10至15%的金属氧化物(通常氧化钇或氧化钙)作为安定剂。不同的生产方法会加入不同份量的安定剂,故此立方氧化锆的物理及光学特质会稍为有所不同。

立方氧化锆的密度颇高,比重为5.6至6.0。其硬度达8.5,虽低于钻石,但已超过大部份天然宝石。其折射指数为2.15至2.18,表面有金刚光泽。色散指数达0.058至0.066,超过钻石。立方氧化锆无解理(Cleavage),断口为贝壳状(Conchoidal fracture),属于易碎。在短波紫外线下呈黄、黄绿萤光,于长波紫外线下萤光不明显。

二、合成立方氧化锆的方法有哪些

1、氢氧化锆煅烧法

氢氧化锆煅烧法是一种常见的合成立方氧化锆的方法。该方法的原理是先制备氢氧化锆,在高温下进行煅烧,使其转化为立方氧化锆。

具体操作方法如下:首先制备氢氧化锆沉淀,在常温下进行干燥。然后将干燥的氢氧化锆沉淀在高温下进行煅烧,煅烧温度通常为1200℃以上。经过一定时间的煅烧,氢氧化锆会转变为立方氧化锆。

优点是合成的氧化锆纯度高,晶体结构完整,机械性能优异,因此应用十分广泛。但是,这种方法的缺点在于煅烧温度高,需要耗费较多能源,同时操作难度大,需要严格控制反应条件。

2、碳酸氢铵沉淀法

碳酸氢铵沉淀法是一种常用且容易操作的合成立方氧化锆的方法。该方法的原理是将氯化锆和碳酸氢铵反应,得到氢氧化锆沉淀,再将其煅烧得到立方氧化锆。

具体操作方法如下:将氯化锆和碳酸氢铵共同溶解在水中,调节pH值后,会出现氢氧化锆的沉淀。然后将氢氧化锆沉淀在高温下进行煅烧,煅烧温度通常为1000~1200℃。经过一定时间的煅烧,氢氧化锆会转变为立方氧化锆。

优点是合成方法简单,易于操作,并且可以得到高纯度的立方氧化锆。但是,缺点在于反应系统易受杂质影响,同时前期需要对反应条件进行严格的控制。

3、水解法

水解法是一种新型的合成立方氧化锆的方法。该方法是在高压水中通过水解反应合成立方氧化锆。

具体操作方法如下:将氯化锆和水加入到反应釜中,设置一定的压力和温度,在高压水中进行水解反应。反应结束后,放出高压水,将反应物经过过滤和洗涤等处理,得到立方氧化锆。

这种方法的优点在于操作简单,不需要高温煅烧,能够获得高度纯化的立方氧化锆,且生产过程中无污染、无二次污染等问题。但是,该方法的缺点在于设备要求高、反应条件需严格控制、成本相对较高。

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