陶瓷刀的制备流程 .pdf

氧化锆陶瓷

摘要：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

材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行

诊断并具有自修复能力的材料是十分重要而急迫的任务，氧化锆就是具有这种功能的智能材

料！

一、名称：氧化锆陶瓷，ZrO2陶瓷，ZirconiaCeramic二、种类及特点

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：

单斜氧化锆（m-ZrO2）、四方氧化锆（t-ZrO2）和立方氧化锆（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：

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

三、增韧原理

氧化锆增韧的方法,主要是利用氧化锆的相变才能达到的!.部分稳定ZrO2

陶瓷在烧结冷却过程中，ｔ－ZrO2晶粒会自发相变成m－ZrO2，引起体积膨胀，在基体中

产生微裂纹，相变诱导的微裂纹会使主裂纹扩展时分叉或改变方向而吸收能量，使主裂纹扩

展阻力增大，从而使断裂韧性提高。这种机理称微裂纹增韧。主要增韧方法有：应力诱导相

变增韧、微裂纹增韧、残余应力增韧、表面增韧以及复合增韧等。

其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨

胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解

决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。

材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力

的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍

裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，

因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，

从而实现了材料的自诊断。

对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m相过程中产生的

体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。

四、氧化锆粉体的制备ZrO2超细粉体的制备技术

锆英石的主要成分是ZrSiO4，一般均采用各种火法冶金与湿化学法相结合的工艺，即先采

用火法冶金工艺将ZrSiO4破坏，然后用湿化学法将锆浸出，其中间

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产物一般为氯氧化锆或氢氧化锆，中间产物再经煅烧可制得不同规格、用途的ZrO2产品，

目前国内外采用的加工工艺主要有碱熔法、石灰烧结法、直接氯化法、等离子体法、电熔法

和氟硅酸钠法等。

用传统工艺制备的ZrO2是ZrO2·8H2O化合物，是制备ZrO2超细粉和其他ZrO2制品的

原料。研究其制备应用技术已成为当前的一个热点，现在较为通用的制备技术主要有：

4.1共沉淀法

化学共沉淀法和以共沉淀为基础的沉淀乳化法、微乳液沉淀反应法的主要工艺路线是：以适

当的碱液如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、尿素等作沉淀剂(控制pH≈8~9)，从ZrOCl2·8H2O

或Zr(NO3)4、Y(NO3)3（作为稳定剂）等盐溶液中沉淀析出含水氧化锆Zr(OH)4(氢氧化锆

凝胶)和Y(OH)3(氢氧化钇凝胶)，再经过过滤、洗涤、干燥、煅烧(600~900℃)等工序制得钇

稳定的氧化锆粉体。

4.2水热法

另一种较常见的方法是水热法：在高压釜内，锆盐（ZrOCl2）和钇盐（Y(NO3)3）溶液加入

适当化学试剂，在高温(200℃)、高压(≈10MPa)下反应直接生成纳米级氧化锆颗粒，形成

钇稳定的氧化锆固溶体，其反应的机理是：溶液中反应前驱物Zr(OH)4、Y(OH)3在水热条

件下达到过饱和状态，从而析出溶解度更小、更稳定的ZrO2（Y2O3）相，二者溶解度之差

便是反应进行的驱动力。

优点为粉料粒度极细，可达到纳米级，粒度分布窄，省去了高温煅烧工序，颗粒团聚程度小。

缺点为设备复杂昂贵，反应条件较苛