中國(guó)粉體網(wǎng)訊  氧化鋯作為性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料和功能材料，具有高硬度、高強(qiáng)度、極高的耐磨性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，還具有帶隙寬、介電常數(shù)高、折射率高等性能，使其廣泛地應(yīng)用于功能陶瓷材料、電子陶瓷材料、耐火材料及牙齒修復(fù)材料等領(lǐng)域。

但是，所有的陶瓷材料都有一個(gè)致命缺陷，就是韌性不足，需要加入穩(wěn)定劑或其它方法來改善其韌性，而加入穩(wěn)定劑形成穩(wěn)定氧化鋯是最常用的方法之一。

釔穩(wěn)定氧化鋯的性能是如何提升的

純ZrO2從高溫冷卻到室溫的過程中將發(fā)生如下相變：立方相(c)→四方相(t)→單斜相(m)，其中在1150℃左右會(huì)發(fā)生t到m相變，并伴隨約5%的體積膨脹。如果將ZrO₂的t→m相變點(diǎn)穩(wěn)定到室溫，使其在承載時(shí)由應(yīng)力誘發(fā)產(chǎn)生t→m相變，由于相變產(chǎn)生的體積效應(yīng)而吸收大量的斷裂能，從而使材料表現(xiàn)出異常高的斷裂韌度，產(chǎn)生相變?cè)鲰g，獲得高韌性、高耐磨性。

要實(shí)現(xiàn)相變?cè)鲰g，必須添加一定的穩(wěn)定劑并適當(dāng)控制燒結(jié)工藝，將高溫穩(wěn)定相—四方相亞穩(wěn)至室溫，獲得室溫下可相變的四方相，這就是穩(wěn)定劑對(duì)氧化鋯的穩(wěn)定作用。穩(wěn)定至室溫的四方相是應(yīng)力誘導(dǎo)相變的前提條件，所以該過程是氧化鋯陶瓷獲得優(yōu)良性能的關(guān)鍵，這也一直是氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷材料研究的重要內(nèi)容。

穩(wěn)定劑中穩(wěn)定效果最好同時(shí)也是最常用的是Y₂O₃。

釔穩(wěn)定氧化鋯的制備方法

1、共沉淀法

含有多種陽(yáng)離子的溶液中加入沉淀劑后，所有離子同時(shí)沉淀的方法稱為共沉淀法。一般在可溶性鋯鹽和釔鹽的混合水溶液中，加入氨水、苛性鈉、(NH4)₂CO₃或尿素等堿性物質(zhì)，從而生成鋯和釔的氫氧化物沉淀，然后對(duì)沉淀物經(jīng)洗滌、干燥、熱處理、粉碎即得超細(xì)粉末，該法不僅工藝簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，成本低，重復(fù)性好，而且可制得各種晶型的氧化物粉體，最小粒徑可達(dá)數(shù)十納米，化學(xué)均勻性良好，易燒結(jié)，純度高，既適合于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模也可以擴(kuò)大至工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。

2、溶膠-凝膠法

其基本原理如下：使用烷氧金屬或金屬鹽等前驅(qū)物和有機(jī)聚合物的共溶劑，使前驅(qū)物在含有聚合物的共溶劑中水解和縮合，控制合理?xiàng)l件，使聚合物在凝膠形成與干燥過程中不發(fā)生相分離，即可獲得納米粒子。

3、共沉淀-凝膠法

該法利用氧氯化鋯和氯化釔為原料，在溶液中加入有機(jī)分散劑和無機(jī)分散劑，加熱條件下滴加氨水形成共沉淀物，再經(jīng)過凝膠化。該方法主要是采用了共沉淀所使用的廉價(jià)原料。

4、醇-水溶液法

該方法是一種較新的制備納米ZrO₂粉體的方法，其基本原理是當(dāng)ZrOCl₂醇-水溶液加熱時(shí)，溶液的介電常數(shù)迅速下降，導(dǎo)致溶液的溶劑化能力下降、溶劑的溶解力下降，溶液達(dá)到過飽和狀態(tài)而產(chǎn)生沉淀。

5、水熱法

它是通過高壓釜中一定水熱條件下的化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)原子、分子級(jí)的微粒構(gòu)筑和晶體生長(zhǎng)。水熱條件下ZrO2粉體制備有很多途徑，主要有：水熱沉淀、水熱結(jié)晶、水熱氧化、水熱合成、水熱分解、水熱陽(yáng)極氧化、水熱脫水等。其中水熱沉淀法是最常使用的方法。

水熱法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以直接從200℃左右的水介質(zhì)中得到結(jié)晶氧化物，避免了高溫煅燒工藝，可有效的防止粉末團(tuán)聚。

6、微乳液法

近來微乳液法引起了人們廣泛重視，因?yàn)樵摲椒ú粌H實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，操作容易，分散性能好，而且微乳液結(jié)構(gòu)從根本上限制了粒子生長(zhǎng)，可以人為控制合成顆粒的大小，粒度分布窄。制得的顆粒為球形，在超細(xì)顆粒尤其是納米級(jí)粒子的制備方面有其他化學(xué)方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是制備超細(xì)粒子的理想反應(yīng)介質(zhì)，但生產(chǎn)過程復(fù)雜，成本較高。

7、自蔓延法

自蔓延法是也一種較新的方法，它利用反應(yīng)物之間高化學(xué)反應(yīng)熱的自加熱和自傳導(dǎo)作用來合成材料。其主要特征是反應(yīng)只需局部點(diǎn)火引發(fā)燃燒波，并使其在原料中傳播以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的合成過程。這種方法反應(yīng)時(shí)間短、污染小，可制備小尺寸晶粒，而且原料價(jià)格便宜，在制備過程中容易控制摩爾比，但是用這種方法得到的顆粒分布不均勻，團(tuán)聚明顯。

總結(jié)

上述介紹的這些方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在要想獲得組分均勻、顆粒細(xì)、粒徑分布窄、比表面積大、無團(tuán)聚的納米YSZ粉體依然十分困難。尤其是其成本往往比較高，故而影響其應(yīng)用。所以今后的研究將主要集中在以下幾個(gè)方面：

（1）尋找能夠有效的解決粉體團(tuán)聚問題，制備分散性好、均勻且可人為控制粒子大小和形狀的新方法。

（2）通過表面修飾或包覆等方法制備特殊用途的復(fù)合氧化鋯納米粉體。

（3）對(duì)納米材料的性能測(cè)試和表征手段的進(jìn)一步完善和發(fā)展。

（4）探索工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、成本低且適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的高質(zhì)量YSZ粉體制備方法。

參考資料：

[1]呂彩霞等.高分散氧化釔穩(wěn)定納米氧化鋯粉體的制備

[2]孫靜等.穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的研究現(xiàn)狀

[3]王洪升等.釔穩(wěn)定氧化鋯納米粉體制備技術(shù)研究進(jìn)展

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