氧化锆陶瓷制备与应用

氧化锆陶瓷

氧化锆陶瓷是新近发展起来的仅次于氧化铝陶瓷的一种很重要的结构陶瓷。由于它的一些良好的性能(如它的断裂韧性高于氧化铝陶瓷)，因而越来越受到人们的重视。

纯净的ZrO2为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。氧化锆有三种晶相，分别为单斜晶相、四方晶相和立方晶相，三者之间的转变关系如下

单斜ZrO2转变为四方ZrO2会产生7－8%的体积收缩，而逆向转变则会有相应的体积膨胀，实际生产过程中一般采用添加稳定剂（CaO、MgO、Y2O3、CeO2）的方法来制备氧化锆陶瓷材料。

ZrO2粉体的制备

ZrO2粉体的稳定化处理

氧化锆陶瓷的制备

ZrO2陶瓷成型可采用注浆法或干压法成型。注浆成型时，可向ZrO2细粉中加入少量的阿拉伯树胶和20％左右蒸馏水，具有良好的注浆性能浆料用热压法可制得透明ZrO2陶瓷。粉料中粗颗粒多，则体积收缩小，细颗粒多则产品致密度高，烧成温度为1650-1800℃，保温2~4小时。

制备稳定ZrO2时，可采用电熔合成法(约1000℃)及高温合成法(1600~1650℃保温4小时)。电熔合成的ZrO2反应完全，部分或全部为等轴固溶体。高温合成的ZrO2 中还有一定量的单斜ZrO2。

ZrO2陶瓷增韧机制

氧化锆增韧机制有多种:

   相变增韧  微裂纹增韧  弥散增韧

微裂纹增韧

弥散增韧

氧化锆陶瓷性质与应用

Y稳定的TZP陶瓷由于具有良好的性能，因此在很多领域都有广泛的应用。

磨介：Y－TZP相对于锆珠、氧化铝球、玻璃球和钢球而言，其耐磨性最好，目前正逐步取代其他磨介，在涂料等行业中广泛应用。用量最大的就是磨球，国内主要有深圳南玻等厂商在生产。工艺路线为干压和等静压成形工艺，以等静压工艺为主。磨介市场非常广阔，虽然普通的磨球市场已经饱合，但是各种研磨罐、搅拌磨中的磨盘和磨头等由于制备工艺相对复杂，仍主要以国外产品为主。

切割应用：在特定的切割应用中， Y－TZP占据了一定的市场份额，特别是对一些韧性和强度要求不是很高的场合， Y－TZP刀具得到了极大的发展。例如光纤剪刀、切纸刀、民用刀具和理发推剪等。其中发展比较成功的是京瓷的民用刀具，经过近十年的发展已经成为一个国际品牌。

阀类应用：这类应用市场范围广泛。最典型的产品是氧化锆水阀片。氧化锆主要用于制作油田和化工行业中用的球阀等。国内有深圳南玻等厂商在生产。工艺路线主要采用等静压工艺。这类产品加工和成品率非常重要，部件大，成品率对成本影响很大。

陶瓷轴承：在陶瓷轴承方面，氧化锆陶瓷相对于氮化硅陶瓷并不是最好，其主要优势是成本较低。可用于抗腐蚀、避免污染的场合，如食品工业等。另外一个领域就是新开发的陶瓷风扇，这大大拓展了氧化锆陶瓷轴承的应用空间。富士通公司首先推出了陶瓷轴承风扇，获得了较好的市场响应。

全面采用3nm氧化锆

生物应用：研究表明, 氧化锆在人体口腔中无过敏现象, 在合理设计的前提下, 可保证使用50年依然坚固. 氧化锆可以用于几乎所有的义齿设计中, 它使牙桥制做的长度不再有限制- 无论是螺栓固定式或粘接式。它 也是用于种植牙技术的最好材料。实际上, 氧化锆全瓷牙已不再是单纯的义意上的义齿, 它更适用于人们对美的越来越高的追求!

个人用品：氧化锆陶瓷耐磨性好，硬度高，可以抛光且外观美观，因此　可作为手表带、表壳及其他装饰部件。陶瓷表源于瑞士雷达表，后来国内有优尼克、潮州三环和北京建材院下属公司等一些企业开始生产。目前主要生产表带，以黑和白为主，蓝、金和红等其他颜色也已开发出来，制备工艺以热压铸和干压为主。

光纤连接器用陶瓷：光纤连接器与光纤跳接线是光纤网路中应用面最广且需求量最大的光无源器件。但是目前国际上只有美日等发达国家有技术生产氧化锆插芯和套筒，其毛坯生产技术在国内还是空白。陶瓷插芯毛坯由于内含一个0.1mm的小孔，且对尺寸同心度的要求都很高，因此采用传统的陶瓷材料成型方法难以制备，只有通过注射成型的方法才有可能。

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