5.2 氧化锆陶瓷(氧化锆增韧陶瓷)解析

氧化锆增韧氧化铝陶瓷的研究进展

Vol.33No.09（SerialNo.326）FOSHANCERAMICS

氧化铝陶瓷具有优良的化学稳定性、机械性能以及

电性能，在陶瓷材料中属于应用十分广泛的类型，但是

其断裂韧性仅在2.5MPa·m1/2～4.5MPa·m1/2，所以其应用

范围的拓展受到严重限制，由此，提升氧化铝陶瓷的断

裂韧性成为行业内的研究重点之一。当前可以应用于其

中的方法较多，主要包括引入第二相、加入Al2O3籽晶和

形成缺陷分布三种方式，从整体上来看，应用价值最高

的方式为氧化锆增韧，即采用机械混合法、溶胶-凝胶

法等方式，将氧化锆复合于氧化铝粉体中，再进行相应

的处理，可以获取氧化铝陶瓷，使氧化锆晶粒可填充与氧化铝晶界处，从而起到提升氧化铝陶瓷断裂韧性的作

用，也就可以进一步提升氧化锆增韧氧化铝陶瓷的使用效果和使用价值。

氧化锆增韧氧化铝陶瓷也可被称为ZTA陶瓷，其熔

点高、硬度高，并且耐酸碱腐蚀，同时具有韧性较强的优

势，属于高温结构陶瓷中具有较大应用潜力的一类。其

中的氧化锆含量在10%～20%之间时，可以起到抑制晶

体生长氧化铝酸性的作用，也就可以起到提升材料硬度

的作用。特别是若氧化锆含量处于12%～14%之间时，

ZTA陶瓷的硬度和强度均能上升至最大值，如果氧化锆

粉末含量为20%，并且其呈高度分散状态，经过热压烧结处理以后，ZTA陶瓷的机械性能将达到最好状态。

对陶瓷断裂韧性产生影响的因素可以通过公式（1）

进行体现：

（1）

在公式（1）当中，为陶瓷材料断裂韧性，其与弹

性模量E、泊松比v以及断裂表面能均具有密切关联性，

弹性模量以及泊松比均属于非显微结构敏感参数，所以

需要借助提升断裂表面能的方式提升材料断裂韧性。而

能够影响陶瓷材料表面的因素较多，主要包括热力学自

由表面能、内应力与裂纹、气孔、塑性形变、相变、晶粒尺

寸等多个方面。从断裂力学的视角来看，可以采用增加

自由表面能的方式，促使新生表面形成，同时也可起到

缩减晶粒尺寸、缩减气孔率的作用，还可应用适当的应

二氧化锆陶瓷的相变增韧机理和应用

二氧化锆陶瓷的相变增韧机理是指在高温下发生的相变过程，通过相变可以改变材料的结构和性能。具体来说，二氧化锆在高温下会由单斜晶相（高温相）转变为四方晶相（低温相），这种相变会导致晶体结构发生显著变化，从而改变了材料的力学性能。

在相变过程中，晶体结构中部分晶界滑移，晶粒变形，产生位错和能量释放，这些过程促使材料变韧，提高其断裂韧性。

二氧化锆陶瓷的相变增韧机制可以通过以下几点来解释：

1. 相变会引起晶界能量的释放，从而吸收和分散裂纹产生的应力。这种吸能效应可以提高材料的断裂韧性。

2. 相变过程中晶体结构的变化会引起晶粒的形变和重排，从而增加了材料的位错密度，进而增强了材料的韧性。

3. 由于相变过程中晶体结构的变化，其晶粒尺寸的改变会导致晶界区域的变形和出现应力，从而减缓裂纹扩展速度，提高材料的抗裂纹扩展能力。

二氧化锆陶瓷的相变增韧特性使得其在一些重要的应用领域得到了广泛应用：

1. 医疗领域：二氧化锆陶瓷常用于制作人工关节和牙科修复材料，其高韧性和耐磨性能能够保证人工关节的长期稳定和正常功能。

2. 化工领域：二氧化锆陶瓷在化学容器和管道的制造中广泛应用，其高温稳定性和耐腐蚀性能能够保证化学容器的安全使用。

3. 航空航天领域：二氧化锆陶瓷在航空航天发动机的制造中应用广泛，其高温耐受性和抗腐蚀性能能够满足航空航天发动机的高要求。

总之，二氧化锆陶瓷的相变增韧机理为其提供了良好的力学性能，为其在医疗、化工和航空航天等领域的应用提供了技术支撑。

氧化锆的主要特点

氧化锆（Zirconium dioxide，化学式：ZrO2）是一种重要的陶瓷材料，具有多种优异的物理和化学性质。下面是一些氧化锆的主要特点：

1. 高熔点和耐高温性：氧化锆具有极高的熔点（约2700°C）和耐高温性，使其在高温环境下具有出色的稳定性和耐久性。

2. 高硬度和强度：氧化锆具有很高的硬度和强度，接近或超过某些金属材料，因此在某些应用领域可以作为结构材料使用。

3. 优良的磨损和腐蚀抗性：氧化锆具有出色的耐磨损和耐腐蚀性能，可以用于磨料、切削工具和耐腐蚀器件等。

4. 高绝缘性：氧化锆是一种良好的绝缘体，具有高绝缘性能和低电导率，可用于电气绝缘件和电子器件等。

5. 优异的光学性能：氧化锆具有优异的光学特性，包括高透明度、低散射和较高的折射率等。这使得氧化锆广泛应用于光学镜片、光纤窗口和光学涂层等领域。

6. 热电性能：氧化锆具有良好的热电性能，表现为压电和热释电效应，使其在传感器和热电设备等领域有一定的应用。

由于其诸多优良的性质，氧化锆被广泛应用于各个领域，包括航空航天、医疗器械、电子器件、化工和石油等。它在这些领域中扮演着重要的角色，为现代科技的发展做出了重要贡献。

氧化锆陶瓷概述.

1

氧化锆陶瓷概述

摘要：ZrO2 具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质，上个世纪二十年代开始就被用来作为熔化玻璃、冶炼钢铁等的耐火材料。并且由于TZP 陶瓷具有高韧性、抗弯强度和耐磨性，以及优异的隔热性能，甚至其热膨胀系数接近于金属等优点，因此 TZP 陶瓷被广泛应用于结构陶瓷领域。本文介绍了氧化锆的基本性质、氧化锆超细粉体的制备方法、高性能氧化锆陶瓷材料的成型工艺以及其在各领域的应用情况。

关键词：氧化锆；高性能陶瓷；制备；应用

1 引言

锆在地壳中的储量超过 Cu、Zn、Sn、Ni 等金属的储量，资源丰富。世界上已探明的锆

资源约为 1900 万吨（以金属锆计），矿石品种约有 20 种，主要含有如下几种化合物：

（1）二氧化锆（单斜锆及其各种变体）；

（2）正硅酸锆（锆英石及其各种变体）；

（3）锆硅酸钠、钙、铁等化合物（异性石、负异性石、锆钻石）。异性石和负异性石矿中含锆量非常低，无工业价值，因而锆的主要来源为单斜锆矿和锆英石矿，其中以锆英石矿分布广[1]。纯 ZrO2 为白色，含杂质时呈黄色或灰色，一般含有 HfO2，不易分离。单斜 ZrO2 密度5.6g/cm3，熔点 2715℃。

ZrO2 具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。上个世纪二十年代开始就被用来作为熔化玻璃、冶炼钢铁等的耐火材料，从上个世纪七十年代以来，随着对 ZrO2 有了更深刻的了解，人们进一步研究开发 ZrO2 作为结构材料和功能材料。1975 年澳大利亚 R．G．Garvie 以 CaO 为稳定剂制得部分稳定氧化锆陶瓷（Ca-PSZ），并首次利用 ZrO2 马氏体相变的增韧效应提高了韧性和强度，极大的扩展了

ZrO2 在结构陶瓷领域的应用[2]。1973 年美国 R．Zechnall， G．Baumarm，H．Fisele 制得

氧化锆是什么材料

氧化锆，化学式ZrO2，是一种重要的陶瓷材料，具有优异的物理化学性能，被广泛应用于陶瓷、医疗器械、电子元器件等领域。它具有高熔点、高硬度、优良的热稳定性和化学稳定性等特点，因此备受工业界的青睐。

首先，氧化锆在陶瓷领域有着重要的应用。由于其高熔点和优良的热稳定性，氧化锆被广泛用于制作高温陶瓷，如耐火砖、耐火涂料等。此外，氧化锆陶瓷还具有优异的机械性能，硬度高、抗压强度大，因此在机械制造领域也有着广泛的应用，如轴承、阀门、刀具等。

其次，氧化锆在医疗器械领域也有着重要的地位。由于氧化锆具有优良的生物相容性和化学稳定性，被广泛用于制作人工假体，如人工关节、牙科修复材料等。相比传统的金属材料，氧化锆具有更好的生物相容性和耐腐蚀性，能够更好地适应人体内环境，减少了人体对异物的排斥反应，因此在医疗器械领域有着广阔的市场前景。

此外，氧化锆还被广泛应用于电子元器件领域。由于其优良的绝缘性能和化学稳定性，氧化锆被用作电容器的介质材料，能够在高频和高温环境下保持稳定的电学性能。同时，氧化锆还被用作电子陶瓷材料，制成的电子陶瓷具有优异的介电性能和压电性能，被广泛应用于电子元器件中。

总的来说，氧化锆是一种具有广泛应用前景的重要材料，其优异的物理化学性能使其在陶瓷、医疗器械、电子元器件等领域都有着重要的应用。随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的提高，相信氧化锆将会有更广阔的发展空间，为各个领域带来更多的创新和发展。

【精品文章】一文了解氧化锆陶瓷纤维

一文了解氧化锆陶瓷纤维

陶瓷纤维具有耐高温、热稳定性好、热导率低、热容小和耐机械震动

等优点，将陶瓷纤维应用于连续加热的高温炉，可实现炉体结构轻型化、

大型化，有效节约能源，是理想的节能增效材料。此外陶瓷纤维还具有绝

缘、消音、抗氧化、耐油和耐水性能，施工方便，因此在冶金、建材、石

油、化工、船舶、电力、航天等领域应用广泛。图1 氧化锆纤维和氧化锆纤维扫描图[3]

根据纤维的微观结构形态，陶瓷纤维可以分为非晶质纤维和晶质纤维。

非晶质类陶瓷纤维主要是由玻璃态物质构成，而晶质陶瓷纤维一般为多晶

态微观结构。人们最早开始关注的是氧化铝纤维和莫来石纤维，后来发现

氧化锆纤维具有比硅铝质陶瓷纤维更为优越的性能熔点高（2600℃）、抗氧

化、耐腐蚀、热传导率低，在大气中，2500℃时仍保持完整的纤维形态，

因此，氧化锆纤维及制品也被认为是极好的陶瓷纤维材料，用途广泛。 1. 氧化锆的基本性质及晶型转变

氧化锆（ZrO2）是高熔点的金属氧化物，相对分子量为123.22，具有很

高的熔点（2650℃）和化学惰性，氧化锆不溶于水、硫酸、盐酸和硝酸，

加热时微溶于氢氟酸和浓硫酸。因此可以用作为耐火材料。纯氧化锆有三种同质异形体：单斜相氧化锆（m-ZrO2）、四方相氧化锆

（t-ZrO2）、立方相氧化锆（c-ZrO2）。三种晶型的氧化锆密度分别为5.65g/cm3，6.10g/cm3和6.27g/cm3。这三种晶型在一定条件下，可以发生

相互转变。四方相ZrO2与单斜相ZrO2之间的相变称为马氏体相变，相变

过程中发生的体积变化使得氧化锆具有增韧效果。氧化锆的三种晶型及转

氧化锆是什么材料 2

氧化锆是什么材料

氧化锆，又称锆白、锆石粉，是一种重要的功能陶瓷材料，具有优异的物理化学性能，广泛应用于陶瓷、化工、医疗器械等领域。那么，氧化锆究竟是什么材料呢？接下来，我们将从其性质、用途和制备方法三个方面来详细介绍。

首先，氧化锆具有高熔点、高硬度、高抗腐蚀性和优异的热电性能。它的熔点高达2715摄氏度，硬度达8.5，仅次于金刚石和碳化硼。因此，氧化锆具有极强的耐高温性能和耐磨损性能，适用于制作高温工具、切削工具和陶瓷刀具等。此外，氧化锆还具有良好的化学稳定性，能够耐受强酸、强碱的腐蚀，因此在化工领域有着广泛的应用。

其次，氧化锆在医疗器械领域也有着重要的应用。由于其生物相容性好、抗腐蚀性强、不易产生过敏反应等特点，氧化锆被广泛用于制作人工假牙、人工关节、骨科植入物等医疗器械，能够有效提高医疗器械的使用寿命和安全性。

最后，氧化锆的制备方法主要包括氧化锆粉末的化学合成和氧化锆陶瓷的烧结工艺。化学合成方法是通过化学反应将氧化锆粉末制备出来，而烧结工艺则是将氧化锆粉末在高温下进行加热，使其颗粒之间发生结合，形成致密坚硬的氧化锆陶瓷。这两种方法各有优劣，具体应用取决于所需产品的性能和用途要求。

综上所述，氧化锆是一种重要的功能陶瓷材料，具有高熔点、高硬度、高抗腐蚀性和优异的热电性能，广泛应用于陶瓷、化工、医疗器械等领域。通过对其性质、用途和制备方法的介绍，相信大家对氧化锆这一材料有了更深入的了解。希望本文能够为大家提供一些参考价值，谢谢阅读！

氧化铈增韧氧化锆陶瓷的研究

摘要：本文叙述了氧化锆陶瓷的增韧机制，以氧化铈为稳定剂，论述不同实验中铈掺杂氧化锆的性能研究。结果表明，氧化铈对四方相氧化锆具有稳定作用。本文采用不同实验方法，研究了反应温度、氧化铈的含量、PH、烧结工艺等对铈掺杂氧化锆陶瓷粉体的影响，并分析了氧化铈氧化锆陶瓷的力学性能，对铈掺杂氧化锆陶瓷的应用前景作了简要概述。

关键词：氧化铈；氧化锆；增韧机制；稳定作用

1 引言

近年来，利用稀土氧化物—氧化铈对氧化锆的稳定作用实现对陶瓷材料的研究渐

趋活跃。

由于ZrO2具有熔点和沸点高、硬度大，常温下为绝缘体，而高温下为导体等优良性质，固此，从20世纪20年代开始就被用做熔化玻璃和冶炼钢铁等的耐火材料。随着人们对ZrO2了解的加深，20世纪70年代开始就被用作结构材料和功能材料。1975年，澳大利亚R.G.Garvie以CaO为稳定剂制得部分稳定的氧化锆陶瓷（Ca—PSZ），并首次利用ZrO2马氏体相变的增韧效应，提高了其韧性和强度，极大的扩展了ZrO2马氏体相变的增韧效应，提高了其韧性和强度，极大的扩展了ZrO2在结构陶瓷领域的研究。

纯ZrO2在不同温度区间具有单斜（Monoclinic ）、四方（Tetragonal ）、立方(Cubic)三种不同晶型，晶型转化式为：

当氧化锆从高温冷却到室温要经历c—t—m的同质异构转变，其中t—m的相变过程要产生3-5%的体积膨胀，体积膨胀效应可导致材料的开裂，所以未经稳定的ZrO2韧性极差，在一般情况下是无法使用的。要实现相变增韧，必须添加一定的稳定剂，而只有离子半径与Zr4+半径相差不超过40%的氧化物才能作为氧化锆的稳定剂。氧化铈作为氧化锆的稳定剂，有利于在室温保留尽量多的可相变亚稳四方相氧化锆，并能在较宽的成分范围内获得亚稳四方相氧化锆，从而为氧化锆的相变增韧提供优越的条件。

1998年末松下电器公司宣称与大阪大学科学与工业研究所联合开发了一种采用铈做稳定剂的ZrO2-CeO2复合陶瓷，由于热膨胀系数不同，很难制成纳米复合材料。但通过优化烧成温度和混合比，以能批量生产高强度、高硬度复合陶瓷，用于代替由YSZ制造的可转换叶片。与YSZ相比，ZrO2-CeO2陶瓷的断裂韧性为前者的三倍，切割速度为前者的1.5倍。

牙科用氧化锆陶瓷的低温时效及其影响因素

牙科用氧化锆陶瓷由于其良好的力学性能、高温稳定性、生物安全性和低热传导率，现已广泛应用于临床，特别是后牙全冠及固定桥修复。然而，在相对较低的温度及潮湿的环境下，氧化锆发生由部分稳定的四方晶相向单斜晶向的改变，即低温时效现象，影响其力学性能。本文探讨了牙科用氧化锆的低温时效及其影响因素，并讨论了改善其抗低温时效性的途径。

标签：牙科陶瓷；氧化锆；低温时效

Low temperature degradation of dental zirconia ceramic and its influencing

factorsHao Zhichao1, Meng Yukun2.（1. State Key Laboratory of Oral Diseases,

Sichuan University, Chengdu 610041, China; 2. Dept. of Prosthodontics, West China

Hospital of Stomotology, Sichuan University, Chengdu 610041, China）

[Abstract]Dental zirconia ceramics, with their excellent mechanical properties,

high temperature stability, biocompatibility and low thermal conductivity, have been

widely used for clinical all-ceramic restorations, especially for full crown and fixed

bridge of posterior teeth. However, under comparatively low temperature in humid

氧化锆陶瓷分类

嘿，朋友们！今天咱来聊聊氧化锆陶瓷的分类。这氧化锆陶瓷啊，就好比是一个丰富多彩的陶瓷大家族。

先来说说全稳定氧化锆陶瓷吧。它就像是家族里那个特别稳重可靠的大哥。有着极高的强度和硬度，简直就是坚不可摧的存在呀！不管是面对多恶劣的环境，它都能稳稳地坚守在那里，让人特别有安全感。你想想看，要是用它来做些耐磨的零件，那得多耐用啊，可不是一般材料能比的呢！

再讲讲部分稳定氧化锆陶瓷呀，它就像是家族中那个充满变化和惊喜的成员。它具有独特的相变增韧性能，这可厉害了！就好像是它有着自己的小魔法，能在关键时刻发挥出意想不到的作用。这种陶瓷可以根据不同的需求进行调整和优化，是不是很神奇？

还有啊，四方氧化锆多晶体陶瓷，它就如同家族里的明星。为什么这么说呢？因为它颜值高呀！有着非常好的外观和质感，让人一看就喜欢。而且它的性能也很不错呢，在很多领域都能大放异彩，真的是既有外表又有内涵。

说到这里，咱再想想生活中的各种物品。这不就跟人一样嘛，每个人都有自己的特点和优势。有的人力气大，能扛起重物；有的人脑子灵活，点子特别多；还有的人长得漂亮，让人赏心悦目。氧化锆陶瓷的这些分类不也是这样吗？各自有着独特的本领和用处。

那我们在选择氧化锆陶瓷的时候，不就像是在挑选适合自己的伙伴一样吗？得根据具体的需求和场景来呀！要是需要特别坚固耐用的，那就得找全稳定氧化锆陶瓷；要是想要有点变化和惊喜的，部分稳定氧化锆陶瓷准没错；要是对外观和质感有要求，那四方氧化锆多晶体陶瓷就是不二之选啦！

所以啊，朋友们，氧化锆陶瓷的分类可真的是太重要啦！我们可得好好了解了解，这样才能让它们在我们的生活和工作中发挥出最大的作用呀！别小看了这些陶瓷，它们可是有着大能量的呢！这就是我对氧化锆陶瓷分类的一些看法，你们觉得怎么样呢？