中國(guó)粉體網(wǎng)訊  氧化鋯具有高熔點(diǎn)和高沸點(diǎn)、硬度大等特點(diǎn)，常溫下為絕緣體、而高溫下則具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，因此其作為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料在機(jī)械、電學(xué)、電子、光學(xué)、生物學(xué)和催化等多方面有很大的應(yīng)用潛力。

同時(shí)，氧化鋯還是一位優(yōu)秀的“配角”，在先進(jìn)陶瓷的生產(chǎn)中，添加少量的氧化鋯也會(huì)給其它的陶瓷性能帶來(lái)很大的提升。

氧化鋯增韌氧化鋁復(fù)相陶瓷

ZrO₂的馬氏體相變特性可以提高陶瓷材料的斷裂韌度和抗彎強(qiáng)度，使其具有優(yōu)良的力學(xué)性能。另外，氧化鋯本身具有的低熱導(dǎo)率和良好的抗熱震性，也可以改善陶瓷材料的脆性問(wèn)題�？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，增韌主要利用的是ZrO₂的馬氏體相變的特性，吸收Z(yǔ)rO₂從四方結(jié)構(gòu)向單斜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的破壞的能量，抑制裂紋的變化和延伸。

根據(jù)這一機(jī)理，將氧化鋯引入到Al₂O₃陶瓷中，可制得氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷（ZTA）。ZrO₂在Al₂O₃陶瓷中能起到相變?cè)鲰g和微裂紋增韌的作用，對(duì)Al₂O₃陶瓷進(jìn)行增韌補(bǔ)強(qiáng)，從而改善Al₂O₃陶瓷的韌性，因此，ZTA陶瓷成為結(jié)構(gòu)陶瓷中最有前途的材料之一。

氧化鋯對(duì)氧化鎂陶瓷抗熱震性的影響

氧化鎂具有良好的耐高溫性能和電絕緣性，對(duì)堿性金屬熔渣有較強(qiáng)的抗侵蝕能力，與鎂、鎳、鈾、釷、鋅、鋁、鐵、銅、鉑等不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可用于制備冶煉金屬的坩堝、澆注金屬的注模、高溫?zé)犭娕嫉谋Ｗo(hù)管、高溫爐的爐襯材料等。在溫度劇變(即熱震作用)的環(huán)境下，氧化鎂陶瓷強(qiáng)度會(huì)大幅下降，發(fā)生剝落甚至脆裂，降低了氧化鎂陶瓷服役的安全可靠性。因此，提高氧化鎂陶瓷的抗熱震性，延長(zhǎng)其在高溫下的使用壽命具有重要的實(shí)際意義。

薛宗偉等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)加入納米單斜氧化鋯可以提高氧化鎂陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)均勻性，降低燒結(jié)溫度和促進(jìn)試樣的致密化；加入納米單斜氧化鋯的試樣通過(guò)微裂紋增韌、相變?cè)鲰g以及微裂紋偏轉(zhuǎn)增韌提高氧化鎂陶瓷的抗熱震性。

氧化鋯對(duì)超硬磨具用陶瓷結(jié)合劑的影響

低溫陶瓷結(jié)合劑是制備高性能陶瓷結(jié)合劑超硬磨具（金剛石、立方氮化硼）的重要組成部分，其性能直接影響著超硬磨具的綜合性能。超硬磨具用陶瓷結(jié)合劑的基本性能要求，強(qiáng)度高，軟化熔融溫度低，熱膨脹系數(shù)小，高溫下潤(rùn)濕性能好。另外，由于超硬磨粒硬度高，耐磨性好，而且大多數(shù)超硬磨具用陶瓷結(jié)合劑都是在比較高的回轉(zhuǎn)速度下使用，為了保證磨粒能充分發(fā)揮其磨削性，要求超硬磨具用陶瓷結(jié)合劑必須有較高的強(qiáng)度。

侯永改等采用B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂體系作為基礎(chǔ)陶瓷結(jié)合劑，添加不同含量的納米ZrO₂作為添加劑，研究其含量對(duì)陶瓷結(jié)合劑結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究結(jié)果表明，隨著納米ZrO₂的增加，當(dāng)含量在8%時(shí)，綜合性能到達(dá)最佳，抗折強(qiáng)度為63.41MPa，洛氏硬度為129.8HRC，陶瓷結(jié)合劑的氣孔分布均勻，微觀結(jié)構(gòu)良好。

李啟泉等以Na₂O-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂基礎(chǔ)玻璃加入ZrO₂來(lái)制備陶瓷結(jié)合劑，研究ZrO₂加入量對(duì)立方氮化硼磨具性能的影響。結(jié)果表明：隨著ZrO₂含量的增加，高溫流動(dòng)性變差，且ZrO₂能夠促進(jìn)玻璃相析晶；當(dāng)ZrO₂的含量為1%時(shí)，磨具試條的硬度達(dá)到HRB110.6，抗彎強(qiáng)度為68.23MPa，提高了27.9%，同時(shí)耐磨性急劇提高，磨耗比提高119%。

氧化鋯對(duì)剛玉質(zhì)陶瓷的影響

剛玉質(zhì)陶瓷蓄熱體具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、抗侵蝕、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但脆性大，抗熱震性差。目前，關(guān)于納米ZrO₂增韌剛玉質(zhì)陶瓷及改善剛玉質(zhì)陶瓷抗熱震性的文獻(xiàn)資料很多。

吳鋒等對(duì)納米氧化鋯增韌剛玉質(zhì)陶瓷蓄熱體的性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)納米ZrO₂作為第二相粒子彌散分布于剛玉質(zhì)陶瓷蓄熱體的內(nèi)部，提高了其強(qiáng)度和抗熱震性；納米ZrO₂的增韌效果與其引入時(shí)的晶型有關(guān)，引入的ZrO₂全部為立方晶型時(shí)不能發(fā)生相變?cè)鲰g，僅發(fā)生微裂紋增韌，增韌效果小，而引入的ZrO₂存在適量四方和單斜晶型時(shí)通過(guò)相變?cè)鲰g和微裂紋增韌的共同作用提高了剛玉質(zhì)陶瓷蓄熱體的韌性。

氧化鋯對(duì)熱壓AlN陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響

AlN陶瓷具有高熱導(dǎo)率、優(yōu)良的電學(xué)性能、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，常作為電路封裝基板的理想材料。然而，與Si₃N₄和SiC等陶瓷材料相比，AlN陶瓷斷裂韌性較低，這降低了其抗熱震性能，并增加了其切削加工難度。

劉聰?shù)韧ㄟ^(guò)添加納米ZrO₂粉體，并結(jié)合Y₂O₃燒結(jié)助劑，采用熱壓燒結(jié)制備了AlN陶瓷。結(jié)果表明，加入ZrO₂后，熱壓AlN陶瓷的物相包含AlN主相、Al₅Y₃O₁₂晶界相以及ZrN新相。隨著ZrO₂的加入，熱壓AlN陶瓷的維氏硬度基本沒(méi)有變化，然而其斷裂韌性逐漸提高。

氧化鋯摻雜對(duì)BaTiO₃陶瓷結(jié)構(gòu)和介電性能的影響

電子陶瓷作為電磁功能類陶瓷的一種，近些年來(lái)人們對(duì)其開(kāi)發(fā)和研究十分關(guān)注。其中鈦酸鋇陶瓷由于具有介電常數(shù)高、鐵電性能良好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種傳感器、片式電容器等方面。然而純鈦酸鋇的居里溫度是120℃，導(dǎo)致其不能在室溫下使用。為提高鈦酸鋇基陶瓷材料的介電性能，研究人員向其中摻雜各種氧化物，已經(jīng)獲得了部分摻雜氧化物與材料性能的關(guān)系。

鄭玉等以BaCO₃、TiO₂、ZrO₂為原料，采用固相燒結(jié)法制備不同Zr含量的鋯鈦酸鋇(BZT)陶瓷。發(fā)現(xiàn)BZT陶瓷隨著ZrO₂摻量的增加晶粒生長(zhǎng)逐漸規(guī)則，顆粒之間排列緊密，輪廓清晰，表面致密度高。在室溫環(huán)境中Zr⁴⁺摻量為20%時(shí)，BZT陶瓷介電常數(shù)最大，介電損耗最小。

總結(jié)

除了以上幾種陶瓷，很多研究者也研究了氧化鋯在其它陶瓷中的影響，如何錦強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)ZrO₂主要作為第二相存在于晶界中，會(huì)抑制晶粒的生長(zhǎng)，不與ZnO晶粒發(fā)生反應(yīng)；劉揚(yáng)等研究發(fā)現(xiàn)ZrO₂能有效地促進(jìn)BaCo_0.194Zn_0.116Nb_0.69O₃微波介質(zhì)陶瓷在低溫下燒結(jié)。

參考來(lái)源：

[1]薛宗偉等.納米氧化鋯對(duì)氧化鎂陶瓷抗熱震性的影響

[2]侯永改等.納米氧化鋯對(duì)金剛石磨具用陶瓷結(jié)合劑結(jié)構(gòu)與性能的影響研究

[3]吳鋒等.納米氧化鋯增韌剛玉質(zhì)陶瓷蓄熱體的性能研究

[4]隋育棟.氧化鋯增韌氧化鋁復(fù)相陶瓷制備工藝的研究進(jìn)展

[5]李啟泉等. ZrO₂對(duì)陶瓷結(jié)合劑CBN磨具性能的影響

[6]劉聰?shù)? ZrO₂對(duì)熱壓AlN陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響

[7]鄭玉等. ZrO₂摻雜對(duì)BaTiO₃陶瓷結(jié)構(gòu)和介電性能的影響

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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