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

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

氧化鋯增韌氧化鋁復相陶瓷

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度，使其具有優(yōu)良的力學性能。另外，氧化鋯本身具有的低熱導率和良好的抗熱震性，也可以改善陶瓷材料的脆性問題�？偨Y來說，增韌主要利用的是ZrO₂的馬氏體相變的特性，吸收ZrO₂從四方結構向單斜結構轉(zhuǎn)變時產(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陶瓷中能起到相變增韌和微裂紋增韌的作用，對Al₂O₃陶瓷進行增韌補強，從而改善Al₂O₃陶瓷的韌性，因此，ZTA陶瓷成為結構陶瓷中最有前途的材料之一。

氧化鋯對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，對堿性金屬熔渣有較強的抗侵蝕能力，與鎂、鎳、鈾、釷、鋅、鋁、鐵、銅、鉑等不發(fā)生化學反應，可用于制備冶煉金屬的坩堝、澆注金屬的注模、高溫熱電偶的保護管、高溫爐的爐襯材料等。在溫度劇變(即熱震作用)的環(huán)境下，氧化鎂陶瓷強度會大幅下降，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，延長其在高溫下的使用壽命具有重要的實際意義。

薛宗偉等通過研究發(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構均勻性，降低燒結溫度和促進試樣的致密化；加入納米單斜氧化鋯的試樣通過微裂紋增韌、相變增韌以及微裂紋偏轉(zhuǎn)增韌提高氧化鎂陶瓷的抗熱震性。

氧化鋯對超硬磨具用陶瓷結合劑的影響

低溫陶瓷結合劑是制備高性能陶瓷結合劑超硬磨具（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。超硬磨具用陶瓷結合劑的基本性能要求，強度高，軟化熔融溫度低，熱膨脹系數(shù)小，高溫下潤濕性能好。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合劑必須有較高的強度。

侯永改等采用B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂體系作為基礎陶瓷結合劑，添加不同含量的納米ZrO₂作為添加劑，研究其含量對陶瓷結合劑結構與性能的影響。研究結果表明，隨著納米ZrO₂的增加，當含量在8%時，綜合性能到達最佳，抗折強度為63.41MPa，洛氏硬度為129.8HRC，陶瓷結合劑的氣孔分布均勻，微觀結構良好。

李啟泉等以Na₂O-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂基礎玻璃加入ZrO₂來制備陶瓷結合劑，研究ZrO₂加入量對立方氮化硼磨具性能的影響。結果表明：隨著ZrO₂含量的增加，高溫流動性變差，且ZrO₂能夠促進玻璃相析晶；當ZrO₂的含量為1%時，磨具試條的硬度達到HRB110.6，抗彎強度為68.23MPa，提高了27.9%，同時耐磨性急劇提高，磨耗比提高119%。

氧化鋯對剛玉質(zhì)陶瓷的影響

剛玉質(zhì)陶瓷蓄熱體具有化學穩(wěn)定性好、耐高溫、抗侵蝕、強度高等優(yōu)點，但脆性大，抗熱震性差。目前，關于納米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資料很多。

吳鋒等對納米氧化鋯增韌剛玉質(zhì)陶瓷蓄熱體的性能進行了研究，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，提高了其強度和抗熱震性；納米ZrO₂的增韌效果與其引入時的晶型有關，引入的ZrO₂全部為立方晶型時不能發(fā)生相變增韌，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通過相變增韌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。

氧化鋯對熱壓AlN陶瓷的顯微結構與力學性能的影響

AlN陶瓷具有高熱導率、優(yōu)良的電學性能、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點，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^添加納米ZrO₂粉體，并結合Y₂O₃燒結助劑，采用熱壓燒結制備了AlN陶瓷。結果表明，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有變化，然而其斷裂韌性逐漸提高。

氧化鋯摻雜對BaTiO₃陶瓷結構和介電性能的影響

電子陶瓷作為電磁功能類陶瓷的一種，近些年來人們對其開發(fā)和研究十分關注。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)點被廣泛應用于各種傳感器、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系。

鄭玉等以BaCO₃、TiO₂、ZrO₂為原料，采用固相燒結法制備不同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，BZT陶瓷介電常數(shù)最大，介電損耗最小。

總結

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，如何錦強等研究發(fā)現(xiàn)ZrO₂主要作為第二相存在于晶界中，會抑制晶粒的生長，不與ZnO晶粒發(fā)生反應；劉揚等研究發(fā)現(xiàn)ZrO₂能有效地促進BaCo_0.194Zn_0.116Nb_0.69O₃微波介質(zhì)陶瓷在低溫下燒結。

參考來源：

[1]薛宗偉等.納米氧化鋯對氧化鎂陶瓷抗熱震性的影響

[2]侯永改等.納米氧化鋯對金剛石磨具用陶瓷結合劑結構與性能的影響研究

[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相陶瓷制備工藝的研究進展

[5]李啟泉等. ZrO₂對陶瓷結合劑CBN磨具性能的影響

[6]劉聰?shù)? ZrO₂對熱壓AlN陶瓷的顯微結構與力學性能的影響

[7]鄭玉等. ZrO₂摻雜對BaTiO₃陶瓷結構和介電性能的影響

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除