钇稳定氧化锆有啥奥秘？

钇稳定氧化锆有啥奥秘？
氧化锆作为性能优异的结构材料和功能材料，具有⾼硬度、⾼强度、极⾼的耐磨性、良好的化学稳定性、热稳定性及优异的⽣物相容性等优点，同时，还具有带隙宽、介电常数⾼、折射率⾼等性能，使其⼴泛地应⽤于功能陶瓷材料、电⼦陶瓷材料、耐⽕材料及⽛齿修复材料等领域。

但是，所有的陶瓷材料都有⼀个致命缺陷，就是韧性不⾜，需要加⼊稳定剂或其它⽅法来改善
稳定氧化锆是最常⽤的⽅法之⼀。

其韧性，⽽加⼊稳定剂形成稳定氧化锆
钇稳定氧化锆的性能是如何提升的
纯ZrO2从⾼温冷却到室温的过程中将发⽣如下相变：⽴⽅相(c)→四⽅相(t)→单斜相(m)，其中在1150℃左右会发⽣t到m相变，并伴随约5%的体积膨胀。

如果将ZrO2的t→m相变点稳定到室温，使其在承载时由应⼒诱发产⽣t→m相变，由于相变产⽣的体积效应⽽吸收⼤量的断裂能，从⽽使材料表现出异常⾼的断裂韧度，产⽣相变增韧，获得⾼韧性、⾼耐磨性。

要实现相变增韧，必须添加⼀定的稳定剂并适当控制烧结⼯艺，将⾼温稳定相—四⽅相亚稳⾄室温，获得室温下可相变的四⽅相，这就是稳定剂对氧化锆的稳定作⽤。

稳定⾄室温稳⾄室温，获得室温下可相变的四⽅相，这就是稳定剂对氧化锆的稳定作⽤
的四⽅相是应⼒诱导相变的前提条件，所以该过程是氧化锆陶瓷获得优良性能的关键，这也⼀直是氧化锆结构陶瓷材料研究的重要内容。

稳定剂中稳定效果最好同时也是最常⽤的是Y2O3。

钇稳定氧化锆的制备⽅法
1
共沉淀法
含有多种阳离⼦的溶液中加⼊沉淀剂后，所有离⼦同时沉淀的⽅法称为共沉淀法。

⼀般在可溶性锆盐和钇盐的混合⽔溶液中，加⼊氨⽔、苛性钠、(NH4)2CO3或尿素等碱性物质，从⽽⽣成锆和钇的氢氧化物沉淀，然后对沉淀物经洗涤、⼲燥、热处理、粉碎即得超细粉末，该法不仅⼯艺简单，对设备要求不⾼，成本低，重复性好，⽽且可制得各种晶型的氧化物粉体，最⼩粒径可达数⼗纳⽶，化学均匀性良好，易烧结，纯度⾼，既适合于实验室规模也可以扩⼤⾄⼯业规模⽣产。

2
溶胶-凝胶法
其基本原理如下：使⽤烷氧⾦属或⾦属盐等前驱物和有机聚合物的共溶剂，使前驱物在含有聚合物的共溶剂中⽔解和缩合，控制合理条件，使聚合物在凝胶形成与⼲燥过程中不发⽣相分离，即可获得纳⽶粒⼦。

3
共沉淀-凝胶法
该法利⽤氧氯化锆和氯化钇为原料，在溶液中加⼊有机分散剂和⽆机分散剂，加热条件下滴加氨⽔形成共沉淀物，再经过凝胶化。

该⽅法主要是采⽤了共沉淀所使⽤的廉价原料。

4
醇-⽔溶液法
该⽅法是⼀种较新的制备纳⽶ZrO2粉体的⽅法，其基本原理是当ZrOCl2醇-⽔溶液加热时，溶液的介电常数迅速下降，导致溶液的溶剂化能⼒下降、溶剂的溶解⼒下降，溶液达到过饱和状态
⽽产⽣沉淀。

5
⽔热法
它是通过⾼压釜中⼀定⽔热条件下的化学反应，实现原⼦、分⼦级的微粒构筑和晶体⽣长。

⽔热条件下ZrO2粉体制备有很多途径，主要有：⽔热沉淀、⽔热结晶、⽔热氧化、⽔热合成、⽔热分解、⽔热阳极氧化、⽔热脱⽔等。

其中⽔热沉淀法是最常使⽤的⽅法。

⽔热法的最⼤优点是可以直接从200℃左右的⽔介质中得到结晶氧化物，避免了⾼温煅烧⼯艺，可有效的防⽌粉末团聚。

6
微乳液法
近来微乳液法引起了⼈们⼴泛重视，因为该⽅法不仅实验装置简单，操作容易，分散性能好，⽽且微乳液结构从根本上限制了粒⼦⽣长，可以⼈为控制合成颗粒的⼤⼩，粒度分布窄。

制得的颗粒为球形，在超细颗粒尤其是纳⽶级粒⼦的制备⽅⾯有其他化学⽅法⽆可⽐拟的优点，是制备超细粒⼦的理想反应介质，但⽣产过程复杂，成本较⾼。

7
⾃蔓延法
⾃蔓延法是也⼀种较新的⽅法，它利⽤反应物之间⾼化学反应热的⾃加热和⾃传导作⽤来合成材料。

其主要特征是反应只需局部点⽕引发燃烧波，并使其在原料中传播以实现系统的合成过程。

这种⽅法反应时间短、污染⼩，可制备⼩尺⼨晶粒，⽽且原料价格便宜，在制备过程中容易控制摩尔⽐，但是⽤这种⽅法得到的颗粒分布不均匀，团聚明显。

总结
上述介绍的这些⽅法都有各⾃的优点，尤其是在要想获得组分均匀、颗粒细、粒径分布窄、⽐表⾯积⼤、⽆团聚的纳⽶YSZ粉体依然⼗分困难。

尤其是其成本往往⽐较⾼，故⽽影响其应⽤。

所以今后的研究将主要集中在以下⼏个⽅⾯：
（1）寻找能够有效的解决粉体团聚问题，制备分散性好、均匀且可⼈为控制粒⼦⼤⼩和形状的新⽅法。

（2）通过表⾯修饰或包覆等⽅法制备特殊⽤途的复合氧化锆纳⽶粉体。

（3）对纳⽶材料的性能测试和表征⼿段的进⼀步完善和发展。

（4）探索⼯艺简单、⽣产周期短、成本低且适合⼯业化⼤规模⽣产的⾼质量YSZ粉体制备⽅法。

参考资料：
[1]吕彩霞等.⾼分散氧化钇稳定纳⽶氧化锆粉体的制备
[2]孙静等.稳定氧化锆陶瓷的研究现状
[3]王洪升等.钇稳定氧化锆纳⽶粉体制备技术研究进展
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