氧化锆陶瓷介绍与应用

1.氧化锆陶瓷简介

氧化锆陶瓷呈白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有HfO2杂质，两者化学性质相似，不易分离。ZrO2 有三种晶型，低温为单斜晶系，密度5. 65g/cm³，高温为四方晶系，密度6. 10g/cm³，更高温度下转变为立方晶系，密度6. 27g/cm³。

氧化锆陶瓷造粒粉

2.氧化锆陶瓷制造

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

稳定化工艺过程可概述如下：将纯度>96%的原料与稳定剂在球磨罐中混合研磨8~24h，加人少量的粘结剂，在60~100MPa压力下压成坯块。压坯的目的是为了使ZrO2粉与稳定剂颗粒之间紧密接触，有利于固溶反应。之后压坯在1450~1800℃加热4~6h进行固溶稳定化，最后把稳定化的烧结块粉碎至各种粒度，高于1800℃稳定的烧结坯不易磨细。

ZrO2 陶瓷成型可采用注浆法或干压法。注浆成型时，可向ZrO2细料中加入少量的阿拉伯树胶（浓度为10%) 和20%左右的蒸馏水，即形成具有良好的注浆性能的浆料。用热压法可制得透明陶瓷。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2~4h。

3. Zr02陶瓷的性能与应用

（1） 硬度高。莫氏硬6.5， 因此可制成冷成型工具、整形模、拉丝模、切削工具等。

氧化锆陶瓷拉丝工具

（2）强度高，韧性好。常温抗折强度可达2100MPa，1000℃时为1190MPa。最好的韧化陶瓷常温抗弯强度可达 2000MPa，Kic可达9~12MPa·m^1/2以上。因此可用来制造发动机构件，如推杆、连杆、轴承、气缸内衬、活塞帽等。

（3）半导体性。ZrO2在高温具有半导性，纯ZrO2是良好的绝缘体，比电阻高达10¹³Ω▪cm加入稳定剂后，由于稳定剂的价数与 Zr4 不等，因此置换后在 ZrO2中产生氧空位以保持晶体的电中性。氧离子空位作为一种带电缺陷，使高温下 ZrO2的导电性增加。由于 ZrO2有这一特性，因此常用来制造高温发热元件。ZrO2 发热元件可在空气中使用，最高温度达2100~2200℃。

（4）抗腐蚀。ZrO2在氧化气氛中十分稳定，在还原气氛中也相当稳定。氧化锆是弱酸性氧化物，能抵抗酸性或中性熔渣的侵蚀（但会被碱性熔渣侵蚀）。因此可以用作特种耐火材料、浇铸口，用作熔炼铂、钯、铑等金属的坩埚。氧化锆与熔融铁或钢不润湿，因此可作盛钢水桶、流钢水槽的内衬，在连续铸钢中作注口砖。

（5） 敏感特性。稳定化之后有氧空位，因此可作气敏元件。氧化锆固体电解质在一定条件下，有传递氧离子的特性，可以制成高温燃料电池固体电解质隔膜、钢液测氧的探头等。