氧化锆陶瓷
氧化锆陶瓷材料
氧化锆陶瓷材料
氧化锆陶瓷是一种新型的高性能陶瓷材料，具有优异的机械性能、化学稳定性
和生物相容性，因此在医疗、电子、化工等领域有着广泛的应用前景。
首先，氧化锆陶瓷材料具有优异的机械性能。
它的硬度高、强度大、耐磨损，
是传统金属材料的几倍甚至几十倍，因此可以用于制造高负荷、高速度、高精度的机械零部件，如轴承、刀具等。
同时，氧化锆陶瓷的断裂韧性也得到了显著提高，不易发生脆性断裂，具有较好的抗疲劳性能。
其次，氧化锆陶瓷材料具有良好的化学稳定性。
它在常温下对酸、碱等化学物
质具有很好的抵抗能力，不易发生腐蚀和氧化，因此可以用于制造化工设备、热交换器等耐腐蚀材料，延长设备的使用寿命，降低维护成本。
再次，氧化锆陶瓷材料具有优异的生物相容性。
它不会引起人体的排斥反应，
可以与人体组织良好地结合，因此被广泛应用于制造人工关节、牙科修复材料等医疗器械，提高了医疗器械的使用寿命和安全性。
总的来说，氧化锆陶瓷材料具有广阔的应用前景，但也存在着一些挑战和问题。
例如，氧化锆陶瓷的加工难度较大，制造成本较高，且在高温和高应力条件下容易发生相变而导致性能下降。
因此，今后需要进一步研究和改进氧化锆陶瓷材料的制备工艺和性能优化方法，以满足不同领域对材料性能的需求。
综上所述，氧化锆陶瓷材料具有优异的机械性能、化学稳定性和生物相容性，
有着广泛的应用前景，但也面临着一些挑战和问题。
我们期待在未来的研究中，能够进一步发挥其优势，克服其劣势，推动氧化锆陶瓷材料在各个领域的应用和发展。
氧化锆陶瓷硬度hrc
氧化锆陶瓷硬度hrc一、氧化锆陶瓷的定义与特性氧化锆陶瓷是一种由氧化锆制成的陶瓷材料。
它具有高温稳定性、耐腐蚀性、高硬度和优异的机械性能等特点。
由于其特殊的晶体结构和化学成分，氧化锆陶瓷可以用于多种领域，如航空航天、医疗器械、电子元器件等。
二、硬度的概念与测试方法硬度是描述材料抵抗外力或其表面抵抗划伤、压痕能力的指标。
常见的硬度测试方法有洛氏硬度（Rockwell Hardness）、维氏硬度（Vickers Hardness）和布氏硬度（Brinell Hardness）等。
其中，洛氏硬度是一种常用的硬度测试方法，通过在材料表面施加一定载荷后，测量在卸载后的残余深度来确定材料的硬度值。
三、氧化锆陶瓷的HRC硬度氧化锆陶瓷的硬度通常用HRC硬度来表示。
HRC是指洛氏硬度中的一种硬度计量标准，其数值越高，表示材料的硬度越大。
氧化锆陶瓷通常具有较高的HRC硬度，一般在60以上，甚至可以达到80左右，远高于一般金属材料的硬度。
四、氧化锆陶瓷硬度的影响因素氧化锆陶瓷的硬度受多种因素的影响。
首先，材料的晶体结构对硬度有重要影响，晶体结构的稳定性越高，材料的硬度越大。
其次，材料的纯度也会影响硬度，纯度越高，杂质越少，材料的硬度越高。
此外，氧化锆陶瓷的制备工艺、烧结温度和时间等因素也会对硬度产生影响。
五、氧化锆陶瓷硬度的应用氧化锆陶瓷由于其高硬度的特性，被广泛应用于各个领域。
在航空航天领域，氧化锆陶瓷可用于制造高温结构件，如涡轮叶片、燃烧室等。
在医疗器械领域，氧化锆陶瓷可用于制作牙科种植体、人工关节等。
在电子元器件领域，氧化锆陶瓷可用于制作电容器、压电陶瓷等。
此外，氧化锆陶瓷还可用于制作刀具、轴承等耐磨件。
氧化锆陶瓷具有较高的HRC硬度，其硬度受晶体结构、纯度、制备工艺等多种因素的影响。
由于其优异的硬度性能，氧化锆陶瓷在航空航天、医疗器械、电子元器件等领域得到广泛应用。
希望通过本文的介绍，读者对氧化锆陶瓷的硬度有更深入的了解。
氧化锆陶瓷
11240氧化锆陶瓷编辑白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有HfO2，不易分离。
在常压下纯ZrO2共有三种晶态。
氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体，氧化锆超细粉末的制备方法很多，氧化锆的提纯主要有氯化和热分解法、碱金属氧化分解法、石灰熔融法、等离子弧法、沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。
目录1简介2种类特点3粉体制备4生产工艺5应用6增韧方法1简介氧化锆陶瓷，ZrO2陶瓷，Zirconia Ceramic2种类特点纯ZrO2为白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有HfO2，不易分离。
世界上已探明的锆资源约为1900万吨，氧化锆通常是由锆矿石提纯制得。
在常压下纯ZrO2共有三种晶态：单斜(Monoclinic)氧化锆(m-ZrO2)、四方(Tetragonal)氧化锆(t-ZrO2)和立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2)，上述三种晶型存在于不同的温度范围，并可以相互转化：温度密度单斜(Monoclinic)氧化锆(m-ZrO2) <950℃ 5.65g/cc四方(Tetragonal)氧化锆(t-ZrO2) 1200-2370℃ 6.10g/cc立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2) >2370℃ 6.27g/cc上述三种晶态具有不同的理化特性，在实际应用为获得所需要的晶形和使用性能，通常加入不同类型的稳定剂制成不同类型的氧化锆陶瓷，如部分稳定氧化锆(partially stabilized zirconia，PSZ)，当稳定剂为CaO、 MgO、Y2O3时，分别表示为Ca-PSZ、 Mg-PSZ、 Y-PSZ等。
由亚稳的t- ZrO2组成的四方氧化锆称之为四方氧化锆多晶体陶瓷(tetragonal zirconia polycrysta，TZP)。
当加入的稳定剂是Y2O3 、CeO2，则分别表示为Y-TZP、Ce-TZP等。
3粉体制备氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体，氧化锆超细粉末的制备方法很多，氧化锆的提纯主要有氯化和热分解法、碱金属氧化分解法、石灰熔融法、等离子弧法、沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。
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）
99陶瓷化学成分
99陶瓷化学成分
99陶瓷，又称氧化锆陶瓷，其主要化学成分是氧化锆（ZrO2）。
氧化锆陶瓷具有高硬度、高耐磨性、高耐高温性能、化学稳定性好等优点。
除了氧化锆，99陶瓷中还包含少量的氧化钇（Y2O3），以调整陶瓷的性能。
氧化锆陶瓷的制备过程通常包括以下步骤：
1. 采购原料：购买高纯度的氧化锆矿石作为主要原料。
2. 粉碎和混合：将氧化锆矿石进行粉碎，然后与氧化钇等其他原料混合。
混合过程中，加入一定的结合剂（如水玻璃）以提高陶瓷粉体的塑性。
3. 成型：将混合好的陶瓷粉体进行成型，常用的成型方法有注浆成型、压制成型、挤压成型等。
4. 烧结：将成型后的陶瓷件进行高温烧结。
烧结过程中，氧化锆矿石和氧化钇等原料发生化学反应，形成高密度的氧化锆陶瓷。
5. 加工：烧结后的氧化锆陶瓷件进行打磨、抛光等加工工序，
以满足不同的使用要求。
6. 检验和包装：对加工好的氧化锆陶瓷件进行性能检测，确保其质量合格。
合格的陶瓷件进行包装，准备发往市场。
99陶瓷广泛应用于航空航天、化工、电子、医疗等领域，因其优异的性能而受到关注。
氧化锆陶瓷骨关节应用
氧化锆陶瓷骨关节应用
氧化锆陶瓷材料是一种广泛应用于医疗领域的材料，其中包括作为骨关节材料的应用。
氧化锆陶瓷骨关节是一种用于替代人体关节的人工关节材料，具有优异的生物相容性和力学性能，因此在关节置换手术中得到了广泛的应用。
氧化锆陶瓷骨关节具有与自然骨相似的机械性能。
氧化锆陶瓷材料具有高强度和硬度，可以承受人体关节所受的压力和负荷。
相比之下，传统的金属骨关节材料常常存在磨损、松动等问题，而氧化锆陶瓷骨关节则能够更好地适应人体的生理运动。
氧化锆陶瓷骨关节具有良好的生物相容性。
由于其化学稳定性和低毒性，氧化锆陶瓷材料不会对人体产生不良反应。
此外，它的表面光滑，不易产生细菌附着，从而降低了感染的风险。
这使得氧化锆陶瓷骨关节成为一种安全可靠的人工关节材料。
氧化锆陶瓷骨关节还具有优异的耐磨性能。
由于其硬度高，氧化锆陶瓷材料在与其他材料接触时不易产生磨损。
这使得氧化锆陶瓷骨关节的使用寿命更长，减少了二次手术的风险和费用。
然而，氧化锆陶瓷骨关节也存在一些挑战和限制。
首先，制备氧化锆陶瓷材料需要高技术水平和复杂的工艺。
其次，由于氧化锆材料具有脆性，容易发生断裂。
因此，在设计和制造氧化锆陶瓷骨关节
时需要考虑到力学性能和结构的合理性。
总体而言，氧化锆陶瓷骨关节作为一种新型的人工关节材料，在骨关节置换手术中具有广泛的应用前景。
它的优异性能使得患者能够恢复正常的关节功能，并减少了手术后的并发症和不良反应的风险。
随着科技的不断进步，我们相信氧化锆陶瓷骨关节会在未来得到更广泛的应用和发展。
氧化锆陶瓷方法
氧化锆陶瓷方法
氧化锆陶瓷是一种高科技陶瓷材料，具有优异的抗磨损、高耐腐蚀、高韧性等特性，因此被广泛应用于医疗器械、汽车、航空航天等领域。
其制备方法主要有以下几种：
1.热等静压法：将氧化锆粉末和添加剂混合均匀，通过预压和热等静压的方式制备氧化锆陶瓷。
2.凝胶注模法：将氧化锆制成的凝胶进行注模，压实后进行烧结，制得氧化锆陶瓷。
3.等离子喷涂法：将氧化锆粉末通过等离子喷涂技术，附着于基材表面形成均匀的涂层，再进行高温烧结，制备出氧化锆陶瓷涂层。
以上是目前较为常见的氧化锆陶瓷制备方法，对于制备出性能优异的氧化锆陶瓷具有重要的参考价值。
氧化锆陶瓷原料
氧化锆陶瓷原料
氧化锆陶瓷原料一般是指用于制备氧化锆陶瓷制品的原始材料。
氧化锆是一种无机化合物，化学式为ZrO2，具有高熔点、硬
度高、耐腐蚀等优良性能，因此广泛应用于陶瓷工业中。
氧化锆陶瓷原料主要包括以下几种：
1. 氧化锆粉：一般为白色结晶粉末状，具有高纯度、细度、均匀性等特点。
2. 氧化锆球：通常为球状颗粒，用于制备高密度、高硬度的氧化锆陶瓷制品。
3. 氧化锆颗粒：多为不规则颗粒状，用于制备氧化锆薄膜、涂层等。
4. 氧化锆原料浆料：一般为浓度较高的氧化锆粉末悬浮液，用于注模、涂敷等工艺。
以上是常见的氧化锆陶瓷原料，根据不同的应用需求和工艺要求，氧化锆陶瓷原料的特性和形态也会有所不同。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 二、稳定化工艺：
• 原料与稳定剂混合球磨8—24h，加入PVA干压 成型，1450—1800度加热4—6h，在粉碎，细 磨。
• 氧化锆陶瓷，部分稳定，致密度大，微细结晶 构成。
• 微细粉体、低温烧结（1300—1500度）
尖端应力能诱发一部分d1<d<dc的颗粒产生t －m相变，并诱发出极细小的微裂纹。
•
3，残余应力增韧
• 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，其周围存在残余压应力，导 致材料强度和韧性的提高。
第四节 氧化锆陶瓷体系
• 相变引起体积膨胀，超过ZrO2晶粒的弹性 限度，会导致陶瓷开裂。
• 第四章 氧化锆陶瓷
•
• 第一节 晶体结构
萤石结构 m-ZrO2：单斜晶系（＜1170℃） t- ZrO2：四方晶系（1170～2300 ℃） c-ZrO2：立方晶系（2370～2715 ℃）
•四方相转变为单斜 相非常迅速且可逆， 引起很大7.7%的体 积变化，易使制品开 裂。
第二节 氧化锆性能与应用
• 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。 • 2）应力诱发相变微裂纹，当承载时，裂纹
• 1，机理：
• 200—300度下，水和水汽会加速t—m相变。
• OH－比O2－离子迁移速度快，易在表面形成 Zr—OH和Y—OH键，产生应力集中，导致t相 失稳，最终导致发生t—m相变
• 2，改进方法
• 1）控制晶粒尺寸和稳定剂的含量。 • 晶粒尺寸小于临界尺寸，增加稳定剂的含量
（即增加c相） • 牺牲材料常温性能 • 2）加入高弹性模量的第二相，如Al2O3等 • 第二相弥散分布阻碍t相长大，阻碍老化。
• 引入添加剂，抑制相变，保留立方ZrO2相。
• 一、ZrO2—CaO系统
• 1977年Stubiacan和Ray提出，1983年Hellman和 Stubican修正
• CaO 17% 1140度
• 快速冷却可得到立方氧化锆陶瓷
• 二、MgO－ZrO2系统
• 1976年Grain • 1400度，14％
• 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
四、成型
• 注浆法：少量阿拉伯树胶（10％）和20 ％水。
• 干压法：粉末＋PVA • 热压法、冷等静压成型、热等静压成型
五、烧结
• 低温烧结、晶粒细小
• 升温速度2—5度/min • 升温过快： • 粉体中残余的Cl离子不能即时排除 • 低的热传导率造成热应力 • 影响烧结体的致密度
第六节 氧化锆陶瓷性能改良
机汽缸内衬、推杆、活塞帽、阀座、凸轮、轴承 等。
部分稳定氧化锆制品
增 韧 氧 化 锆 导 轮 芯 轴
部分稳定氧化锆喷涂层 氧化锆拉线轮
氧化锆油泵
氧化柱塞
氧化锆球阀
• 三、耐火度高
• 高级耐火材料，大于1800度 • 日本旭硝子公司，2450度
ZrO2陶瓷 耐火件
氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）
189优9年点，由：N成ern本st发低明 易制备
• 3）改良稳定剂，如加入TiO2和CeO2 • 4）表面化处理：
• 表面N2化，形成氮离子稳定氧化层 • 表面抛光重结晶（900—1500度），形成稳
定的结晶层。（四方、立方）
• 二氧化锆粉末的粒径要比氧化铝小一个数量级，
• 三、微细粉体制备
• 1、共沉淀法 • 羟基氯化锆等水溶性锆盐与稳定剂盐水溶
液混合，加入氨等碱获得氢氧化物共沉淀， 800度煅烧。 • 2、水热法 • 锆盐和稳定剂盐水溶液在120—200度水热 环境下反应。 • 3、醇盐水解法 • 在有机溶液（异丙醇）锆和稳定剂醇盐加 水分解 • 4、喷雾热分解 • 锆和稳定剂混合盐从高温气氛中散成小液 滴，蒸发、过饱和而析出。 • 5、溶胶－凝胶法
裂纹尖端应力能诱发一部分颗粒产生t－m相 变。•源自d1<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。
• 一、热震性能差
• 改进方法： • 降低热膨胀系数，采用3价和5价离子掺杂，
消除空位 • 热退火工艺，使晶界玻璃相析出，改善陶瓷
的导热性能 • 引入微裂纹，释放热应力。如：CaO稳定
ZrO2。
• 二、低温老化
• 100—400度潮湿环境下长期使用，材料表面 向内部发生t—m相变，产生体积膨胀，引起 微裂纹和宏观裂纹，力学性能显著下降。
二、相变增韧机理
• 应力诱导相变增韧 • 相变诱发微裂纹增韧 • 残余应力增韧
• 1，应力诱导相变增韧
• 部分稳定的氧化锆陶瓷，四方相颗粒分布 于基体中。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。
• 减少加入的氧化物数量，使部分氧化物以四方 相的形式存在。由于这种材料只使一部分氧化 锆稳定，所以称部分稳定氧化锆(PSZ)。亚稳 定四方相颗粒被立方相基体约束
• 不添加氧化物，纯氧化锆为全部四方相，称部 分四方氧化锆(TZP)。
• 一、相变增韧机理 • 1975年，Garvie等人提出相变增韧机理
第三节 增韧原理
• 在氧化锆中加入某些氧化物(如CaO、MgO、 Y2O3等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变， 具有这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆(TSZ)， 其力学性能低，抗热冲击性差。
m-ZrO2：单斜晶系（＜1170℃） t- ZrO2：四方晶系（1170～2300 ℃） c-ZrO2：立方晶系（2370～2715 ℃）
• 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。
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，
四、发热材料
1800度 电阻加热（氧化气氛） 2300度 感应加热
• 立方ZrO2是良好的绝缘体，室温电阻率1013—1014 欧姆厘 米。
• 温度升高，电阻率迅速下降，同时一些稳定剂可进一步降 低电阻率。
• 少量MgO，1100度时，电阻率为104，1700度时为6—7 • 13mol%CaO，1100度时，电阻率为13
• 在氧化锆中加入某些氧化物(如CaO、MgO、 Y2O3等)能形成稳定立方固溶体，不再发生相变， 具有这种结构的氧化锆称为完全稳定氧化锆 (TSZ) 。
• 立方ZrO2相基体弥散分布着四方相的双组织， PSZ。亚稳定四方相颗粒被立方相基体约束
• 不添加氧化物，纯氧化锆为全部四方相，称四方 氧化锆(TZP)。
• d>dc ZrO2晶粒在室温下已经转化为m相，d<dc 的晶粒室温下保留部分t相，才可能产生相变 增韧作用。
• t相数量对陶瓷韧性的提高有直接影响，全t相 的TZP材料是相变增韧效果最明显的材料。
• t相稳定性随晶粒直径减小而增大，因此，只 有d>d1的室温亚稳t相才会对相变韧化作出贡 献
2，微裂纹增韧
• 8％MgO • 部分稳定的ZrO2
• 三、ZrO2—Y2O3系统
• 四、ZrO2－CeO2系统
第五节 氧化锆陶瓷制备工艺
• 一、ZrO2原料制备
• 1、电熔法 • 锆 度砂 ）（ 加热ZrO氧2化SiO2）加入C在电弧炉中（1870 • 立方相和少量m相ZrO2 • 纯度低，SiO2、FeO2等杂质 • 2，湿法（提炼） • 锆砂与碳酸钠熔融，生成锆硅酸钠，在酸
1作93固5年体，燃S料ch电o高池ttk电稳y指解定出质Y性SZ可用 化学惰性
1S9O3F7C年，Ba电ur和导Pr率eis将低YSZ用于
1943年，Wagner认识到氧空位 的存在，解释了YSZ的导电机制
• 五、氧敏感元件
• 百万分之几到常量
• 测量气体中或熔融金属中氧的含量， 监控汽车的排气成分，保持燃料和空 气比在 最佳值。(检测、报警、监控)