氧化锆陶瓷性能分析解析24页PPT
材料 氧化锆 PPT
注意事项
1.初戴牙冠时有轻度不适感，患者应耐心练
习使用，逐渐适应； 2.初戴时应吃软的食物，适应后再吃正常食 物。避免食用过硬食物（如小核桃等）； 3.保持口腔清洁，养成餐后刷牙的习惯（建 议使用牙线、冲牙器等）； 4.牙冠配戴适应或引起疼痛者，应及时复诊； 5. 建议定期复查。
HELLO
制作者： 兰州交通大学 李子媛 2013-12-01
二氧化锆
• 二氧化锆（化学式：ZrO2）是锆的主要氧
化物，通常状况下为白色无臭无味晶体， 难溶于水、盐酸和稀硫酸。一般常含有少 量的二氧化铪。化学性质不活泼，但高熔 点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数 的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶 瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂。能带间隙大约 为5-7eV。
氧化锆陶瓷刀具
氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、 无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、 不会与食物发生反应的特点，同时刀 体光泽如玉，是当今世界理想的高科 技绿色刀具，目前市场主要产品有： 氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手 术刀等，近几年在欧、美、日、韩等 地已开始流行。
氧化锆涂层材料
• 高性能Y2O3 等稳定剂稳定的氧化
结构： • a-立方相，b－四方相， c－单斜相， d－斜方相。
氧化锆晶体
南非钻石
氧化锆与钻石比较
• 立方氧化锆在光学上与钻石（金刚石）非常接近，但是在
• • • • • • •
显微镜下二者仍然有一定分别： 色散：立方氧化锆的色散为0.060，高于钻石的0.044。 硬度：立方氧化锆的摩氏硬度为8.5至9.0，钻石为10。 比重：立方氧化锆比钻石重1.7倍。 折射率：立方氧化锆的折射率为2.176，稍低于钻石的 2.417。 切割：由于折射率不同，立方氧化锆的切割与钻石会稍有 不同，在放大镜下小心观察可以发现。 颜色：完全无色的钻石非常罕有，通常钻石都带有浅黄色。 但立方氧化锆可以被造成钻石最高级别，即D级颜色。 传热：立方氧化锆与钻石的导热性为两个极端。
氧化锆陶瓷
抗弯强度 断裂韧性
Mpa
300
1/2
Mpam
4
350
400
700
1100
4.5
5
7
12
硬度
HRA
≥86
≥88
≥89
≥90 88-90
弹性模量 线膨胀系数
GPa
320
-6 X10 /k
350
390
300
220
6.5-11.2
最小可达剩余不平衡度
Gmm/kg
≤0.8
不平衡减少率
≥85%
氧化锆陶瓷是一种新型高技术陶瓷，它与传统的氧化铝陶瓷相比具有以下优点：
1、高强度，高断裂韧性和高硬度
2、优良的耐磨损性能
3、弹性模量和热膨胀系数与金属相近
4、低热导率。 氧化锆陶瓷具有相变增韧和微裂纹增韧，所以有很高的强度和韧性，被誉为“陶 瓷钢”，在所有陶瓷中它的断裂韧性是最高。具有优异的室温机械性能。在此基础上，我们对氧 化锆配方和工艺进行优化，获得了细晶结构的高硬度、高强度和高韧性的氧化锆陶瓷。高硬度、 高强度和高韧性就保证了氧化锆陶瓷比其它传统结构陶瓷具有不可比拟的耐磨性。具有细晶结构 的陶瓷通过加工可以获得很低的表面粗糙度（<0.1u m）。因而减少陶瓷表面的摩擦系数，从而 减少魔擦力，提高拉丝的质量（拉出的丝光滑无毛刺，且不易断丝）。氧化锆的这种细晶结构具 有自润滑作用，在拉丝时会越拉越光。氧化锆陶瓷的弹性模量和热膨胀系数与钢材相近，因而能 有机的与钢件组合成复合拉线轮，不会因受热膨胀不一致而造成损坏或炸裂。 使用证明氧化锆 陶瓷拉线轮是现代高速拉线机的理想配件。
陶瓷材质性能参数（ceramics performance paramcter）
氧化锆的性质PPT讲稿
氧化锆的研究进展
• ZrO2 晶须增强多孔ZrO2 陶瓷基复合材料
随着航空航天技术的发展，飞行器热结构用
轻质隔热材料日益受到关注。在轻质、耐高温、 抗热震、热化学稳定性好的前提条件下，要求轻 质隔热材料具有一定的强度。ZrO2 具有优良的热 学、机械、光学和电学等性质，广泛应用于隔热 防护、刀具、发动机部件和燃料电池等领域。
氧化锆的研究进展
• 耐火材料
ZrO2- MgO 系复合耐火材料
无论立方系ZrO2 稳定用氧化物的种类、 配料中方镁石砂组分的活性、配料中立方系 ZrO2 与MgO 之间的比例如何, 在1200~ 1400℃下( 即在接近ZrO2 多晶型转化的温度) 锆镁质材料对№1~№3 炉渣的侵蚀具有极好的 抵抗性。锆镁质耐火材料适于在受不同成分炉 渣作用的高温条件下长期使用。
氧化锆的性质课件
氧化锆的性质 氧化锆的研究进展 氧化锆的发展前景
氧化锆的性质
• 物理性质
氧化锆是白色重质
无定形粉末或单斜结 晶。无臭，无味，几 乎不溶于水。密度为 5.89。熔点大约为 2700℃ 。具有熔点 和沸点高、硬度和强 度大、常温下为 绝缘
体、而高温下则具有 导电性等优良性质。
氧化锆的性质
氧化锆的研究进展
• 氧化锆其它应用
制备铬酸盐原料：制备锆酸盐的原料，由二氧 化锆和一些金属氧化物或金属碳酸盐反应生成， 它们都是大分子结构，具有各种电性能，为高温、 电子元器件等领域所应用。
氧化锆的研究进展
• 氧化锆功能陶瓷 氧化锆涂层材料：高性能Y2O3等稳定剂稳定的
氧化锆热障陶瓷涂层材料，主要应用于高性能涡 轮航空发动机。
氧化锆通讯材料：近年来随着信息及通信等新 兴产业的发展，其产品越来越向高精密、小型化 方向发展，增韧氧化锆陶瓷优良的力学性能、耐 腐蚀及高绝缘性能能够胜任这一领域，目前已有 氧化锆陶瓷插针和氧化锆陶瓷套筒产品问世。在 陶瓷PC型光纤活动连接器中，二氧化锆插针体是 其关键部件。
氧化锆陶瓷性能分析解析
氧化锆陶瓷性能分析解析1.力学性能：氧化锆陶瓷具有优异的力学性能，其强度和韧性较高。
高纯度氧化锆陶瓷的强度可达到1200MPa，而传统陶瓷材料（如氧化铝陶瓷）的强度一般在300MPa左右。
氧化锆陶瓷的高强度使其具有抗压、抗弯、抗拉等出色的机械性能，可用于承受高压、高载荷等恶劣环境下的工作。
2.化学性能：氧化锆陶瓷具有良好的化学稳定性，具备抗腐蚀性能。
氧化锆陶瓷在常见酸碱介质中具有良好的稳定性，能够抵抗大多数化学试剂的侵蚀。
此外，氧化锆陶瓷的表面不易附着或吸附其他物质，具备较好的抗粘附性能，能够有效地避免颗粒或液体等物质在表面上发生黏附、堵塞等问题。
3.热性能：氧化锆陶瓷具有良好的热性能，具备高熔点和较小的热膨胀系数。
氧化锆陶瓷的熔点约在2700℃左右，远高于其他常见陶瓷材料。
同时，氧化锆陶瓷的热膨胀系数较低，约为10×10^-6/℃，相比之下，氧化铝陶瓷的热膨胀系数约为8×10^-6/℃。
这种低热膨胀系数使氧化锆陶瓷具有较好的热稳定性，能够在高温环境下保持较好的尺寸稳定性。
4.导电性能：氧化锆陶瓷是一种绝缘材料，具备良好的绝缘性能。
在常规条件下，氧化锆陶瓷的电阻率较高，远远高于金属材料。
这一特性使得氧化锆陶瓷广泛应用于电子器件、高压绝缘和高温绝缘等领域。
此外，氧化锆陶瓷还具有良好的介电性能，在射频领域有广泛的应用。
总体而言，氧化锆陶瓷具有高强度、良好的化学稳定性、优异的热性能和良好的绝缘性能等优点，使其在航空航天、汽车制造、电子器件、生物医学和化工等领域得到广泛应用。
此外，氧化锆陶瓷还具备一定的透光性，能够适应一些特殊的应用场景。
然而，氧化锆陶瓷的生产工艺相对复杂，成本较高，因此在一些应用中还存在一定的局限性。
但随着相关技术的不断进步和发展，氧化锆陶瓷有望在更多领域发挥其独特的优势。
氧化锆陶瓷
2，微裂纹增韧
? 部分稳定的 ZrO2陶瓷在冷却过程中，存在相变， 在基体中产生分布均匀的微裂纹。当材料受力时， 主裂纹扩展过程中碰到原有微裂纹会分叉和改变 方向而吸收一部分能量，从而减缓和阻碍裂纹的 扩展。
? 微裂纹的产生：
? 1）自发相变微裂纹，即 d>dm的晶粒相变时， 相变产生的积累变形大，诱发显维裂纹。
? 四方ZrO2相作为增韧相分散到其他陶瓷基体， ZTA 。
? 一、硬度大，耐磨性好
? 冷成型工具、拉丝模 ? 特点：光洁度高，尺寸均匀 ? 喷嘴材料： ? Al2O3的26倍 ? 研磨介质 ? 与Al2O3比较为0：15 ? 球阀材料
? 二、强度高、韧性大
? 常温抗折强度 1.1GPa
? KIC 4.3( 日本特殊陶业的“ TTZ”陶瓷） ? 切削工具、 绝热柴油机的主要侯选材料，如发动
?
d 1<d<dc
? 3，诱发显维裂纹的临界直径 dm ? 当d>dc的晶粒室温下为 m相。 ? 由于相变的体积效应，产生显维裂纹。 ? d>dm的晶粒相变时，相变产生的积累变形大，
诱发显维裂纹。
? dc>d>dm的晶粒相变时，相变产生的积累变形小， 不足诱发显维裂纹，当其周围存在残余应力。
二、相变增韧机理
部分稳定氧化锆组织
? 一、尺寸效应
? 1，临界尺寸 dc ? d>dc的晶粒，室温下已经转变为 m相， ? d<dc的晶粒，室温下仍保留为 t相 ? 只有d<dc的晶粒，才可能产生韧化作用 ? 2，诱发相变的临界粒径 d1 ? t相的稳定性随粒径的减小而增加。当承载时，
裂纹尖端应力能诱发一部分颗粒产生 t－m相 变。
? 引入添加剂，抑制相变，保留立方 ZrO2相。
高性能氧化锆陶瓷.崔ppt
ZrO2 的晶体结构及性质
表1.1 ZrO2变体特征
晶系 晶体常数 比重
低温型 ZrO2
单斜
a0=5.194×10nm b0=5.206×10nm c0=5.308×10nm
β=80。48， 计算的比重 5.56 试验求出的平均比重 5.31
高温型 ZrO2
四方
a0=5.074×10nm c0=5.160×10nm
❖ ZrO2陶瓷的电性能随稳定剂的种类、含量和测试温 度 阻不高同达而10变15化Ω。·m纯。Z加rO入2是稳良定好剂的后绝，缘其体电，导常率温明比显电增 加。所以稳定ZrO2陶瓷，在高温下是离子导电陶瓷。
氧化锆陶瓷的应用
❖ 陶 的相断瓷变裂，增韧其韧性主Zr和要O抗是2陶弯利瓷强用是度Z一r，O种2使相极其变有具特发有性展优来前良提途的高的力陶新学瓷型性材结能料构， 低的导热系数和良好的抗热震性。
从图3曲线 可以得出， 当温度高于 550℃时，浸 出率可达到 最大值，即 反应基本完 全。
一、 ZrO2陶瓷的发展与研究现状
❖ 陶瓷材料虽然具有许多优越的特性，如高温力学 性能、抗化学侵蚀性能、电绝缘性能、较高的硬 度和耐磨性等。但由于其结构决定了陶瓷材料缺 乏像金属那样在受力状态下发生滑移引起塑性变 形的能力.陶瓷容易产生缺陷，存在裂纹，且易于 导致高度的应力集中，因而决定了陶瓷材料脆性 的本质.因此，各国学者都在高强度、高韧性陶瓷 领域进行了大量的研究。主要从两方面进行研究， 即提高其断裂韧性和塑性滑移系统。目前最有效 的途径是利用纤维（包括晶须）增强和利用ZrO2 相变增韧。但研究较多的，而且较有成效的是 ZrO2增韧陶瓷。
❖ 日本是中国氧氯化锆的主销市场，日本年期 求量约为3千吨，其生南及江苏省进口 产品，进口量逐年增大，仅河南省现在年出 口量约为l千吨。
氧化锆陶瓷性能分析解析
氧化锆陶瓷性能分析解析
摘要
氧化锆陶瓷具有优良的物理机械性能、耐腐蚀性能和高温热稳定性，
因此被广泛应用于航空航天、船舶、汽车、电子工业、化学工业、冶金和
电力等领域。
本文概括了氧化锆陶瓷的成分、结构特性以及其热物理、力
学和综合性能，以期获得更全面、全面、准确的理解和认知。
关键词：氧化锆；陶瓷；物理性能；力学性能；热物理性能。
1引言
氧化锆陶瓷是一种具有优良物理机械性能、耐腐蚀性能和高温热稳定
性的新型陶瓷材料。
由于其高强度、高硬度、低密度、耐腐蚀、耐磨损、
耐冲击和耐高温等特性，氧化锆陶瓷在航空航天、船舶、汽车、电子工业、化学工业、冶金和电力等领域得到了广泛应用。
它不仅可以用于构筑结构件、制造增强件、制造涂料改善合金，而且可用于制造抗击穿材料、密封
件和装饰陶瓷等。
本文旨在概括氧化锆陶瓷的成分、结构特性以及其热物理、力学和综
合性能，为其应用和发展提供基础性的理解。
2氧化锆陶瓷的成分与结构特性
2.1成分。
氧化锆陶瓷性能分析解析
二、氧化锆陶瓷的重要性能和机理
1、熔点 氧化锆的熔点为2715℃，较高的熔点以及化学惰性 使氧化锆可作为较好的耐火材料。
氧化锆耐火砖
Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.
应力作用图
三、氧化锆陶瓷应用对比与思考
1、氧化锆齿科应用
Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.
牙科氧化锆加工历史进程
软质到硬质
or
硬质到软质
？
Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.
5、Y-TZP增韧机理 1975年，Garvie等人提出相变增韧机理。氧化锆中四 方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当受到外力 作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松 弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧 性。
氧化锆陶瓷微观裂纹
Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.
Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.
6、Y稳定机理 Y3+半径与Zr4+半径相近。它 们在ZrO2中溶解度很大，经高 温处理，这些低价阳离子将取 代Zr4+的位置。此时为了保持 材料的局部电中性而在点阵中 引入氧空位，分布在二氧化锆 体内，锆离子周围的空位降低 了局部氧氧之间的排斥力，使 配位层产生较大的畸变，从而 形成能够在室温下保持亚稳定 的四方晶格置换型固溶体，。