结构陶瓷1(ZrO2)
ZrO2陶瓷
ΔH——单位体积的相变热
将ΔH=2.82108 J/m3、Tb=1170 ℃、t-ZrO2 和m-ZrO2的表面能1.46和0.55 J/m2代入公式 中，得到rc=15.3 nm。即t-ZrO2稳定存在的 临界尺寸为30.6 nm
表面能
使用Scherrer公式,由图5-4的XRD衍射谱可以计算晶粒尺寸。
2. 高温碱解法
3. 水热法
工艺流程：
– 锆盐溶液的水热处理→过滤→干燥（70 ℃ ）
→ZrO2微粉/超细粉
水热反应条件：T＞200℃，P=10MPa 设备：高压釜 原料：锆盐（ZrOCl2）溶液 化学反应： – ZrOCl2+H2O→ZrO2+HCl
4. 等离子体合成法
1)ZrSiO4粉体注入等离子弧反应室 ZrSiO4 ZrO2 + SiO2 + 2NaOH + H2O (煮沸) ZrO2 + Na2SiO3 洗涤 ZrO2粉体 2)等离子体加热粉体至2100-2300 ℃ ZrSiO4 c-ZrO2(10-100nm) + SiO2(liq) NaOH溶液处理 ZrO2粉体
3、单斜相和四方相之间相互转化
相变是无热的。即相变的量只随温度变化 而不随时间变化，为使相变进一步发生必 须增大相变驱动力，即进一步降低温度。 相变的结构转变是无扩散的。母相通过切 变来形成新相，通过原子的集体协调运动 来完成，相变后每个原子的近邻原子的种 类不变，原子的运动小于一个原子间距， 仅仅是Zr、O原子的较小的移动。 相变材料出现表面凸起。
正由于氧化锆有晶型转变和体积突变的特点， 因此单用纯氧化锆就很难制造出烧结且又不开裂的 制品。当向氧化锆中加入一些与Zr4+离子半径相差 在 12% 以 内 的 氧 化 物 ， 如 CaO 、 MgO 、 Y2O3 、 CeO2 等，经高温处理后就可以得到从室温直至 2000℃以上都稳定的立方晶型的氧化锆固溶体，从 而消除了体积突变。
二氧化锆化学结构
二氧化锆化学结构
二氧化锆（ZrO2）是一种无机化合物，由锆和氧原子组成。
它具有类似于石英的晶体结构，属于立方晶系。
二氧化锆的化学结构对其物理和化学性质具有重要影响。
在二氧化锆的化学结构中，锆原子与六个氧原子形成八面体配位结构。
锆原子位于八面体的中心，而六个氧原子则位于八面体的六个顶点上。
这种结构使得二氧化锆具有高度的稳定性和硬度。
由于其稳定性和硬度，二氧化锆具有广泛的应用。
它常用作陶瓷材料的添加剂，可以增加材料的强度和耐磨性。
此外，二氧化锆还具有优异的耐高温性能，因此常被用于制造高温陶瓷和耐火材料。
二氧化锆还具有良好的化学稳定性和生物相容性，因此在生物医学领域也有重要应用。
例如，二氧化锆在人工关节和牙科种植体中被用作材料，可以提供良好的力学性能和生物相容性，有效延长植入物的寿命。
由于二氧化锆具有较高的折射率和透明度，它也被广泛应用于光学领域。
二氧化锆的光学性能使其成为制造高折射率透镜和光学涂层的理想材料。
除了上述应用之外，二氧化锆还具有其他一些特殊的性质。
例如，二氧化锆具有较高的热导率和电阻率，因此可以用于制造高性能的
热电材料和电子元件。
二氧化锆化学结构的特殊性使其具有广泛的应用领域。
无论是作为陶瓷材料的添加剂、生物医学材料、光学材料还是其他领域，二氧化锆都发挥着重要的作用。
通过深入研究和理解二氧化锆的化学结构，我们可以更好地利用其特性，推动科技和工程的发展。
氧化锆陶瓷热导率
氧化锆陶瓷热导率1. 引言氧化锆陶瓷是一种重要的结构陶瓷材料，具有优异的高温力学性能、化学稳定性和生物相容性。
它在许多领域中得到广泛应用，如航空航天、能源、医疗器械等。
其中，对氧化锆陶瓷的热导率进行深入研究，可以帮助我们更好地理解其导热机制，并为其在相关领域的应用提供指导。
2. 氧化锆陶瓷的基本特性氧化锆陶瓷是由氧化锆（ZrO2）作为主要成分制备而成的一种无机非金属材料。
它具有以下基本特性：•高硬度：氧化锆陶瓷的硬度接近于钢铁，比普通金属材料更耐磨损。
•高强度：氧化锆陶瓷具有出色的抗拉、抗压和抗弯强度，适用于承受大荷载条件下的工作环境。
•优异的耐腐蚀性：氧化锆陶瓷对酸、碱等腐蚀介质具有较好的稳定性，不易受到化学侵蚀。
•低热膨胀系数：氧化锆陶瓷的热膨胀系数接近于金属，可以减少因温度变化引起的材料应力。
3. 氧化锆陶瓷的导热机制氧化锆陶瓷的导热机制主要包括晶格导热和传导电子导热两种方式。
3.1 晶格导热晶格导热是指通过晶格中原子或离子之间的振动传递能量。
在氧化锆陶瓷中，氧化锆晶体具有高度有序的结构，原子之间通过共价键或离子键连接。
当材料受到外界温度梯度时，晶格振动会引起原子与周围原子之间的相互碰撞，从而传递能量。
这种传递方式称为声子传导，并且与材料内部缺陷、晶界等因素有关。
3.2 传导电子导热除了晶格导热外，氧化锆陶瓷还可以通过传导电子来传递热能。
在氧化锆陶瓷中，由于其晶体结构中存在一定的缺陷，例如离子的缺位和氧空位等，这些缺陷会形成电子能级。
当温度升高时，电子能级内的电子会获得更多的能量，并通过自由电子传导来传递热能。
4. 影响氧化锆陶瓷热导率的因素氧化锆陶瓷的热导率受到多种因素的影响。
4.1 温度温度是影响氧化锆陶瓷热导率的重要因素之一。
一般情况下，随着温度升高，晶格振动增强，晶格导热贡献增加，从而提高材料的整体热导率。
4.2 晶粒尺寸晶粒尺寸也会对氧化锆陶瓷的热导率产生影响。
较小尺寸的晶粒通常具有较大比表面积和边界面积，使得晶格振动在晶界处发生更多散射，从而降低了热导率。
zro2热膨胀系数
zro2热膨胀系数热膨胀系数是一个物质在温度变化下线性膨胀或收缩的程度的度量。
它描述了物质在单位温度变化下的长度、面积或体积的变化量。
热膨胀系数是一个重要的物理性质，在工程设计、材料科学、建筑工程等领域的研究和应用中具有重要的意义。
本文将介绍ZrO2的热膨胀系数，并提供一些相关参考内容。
ZrO2，化学名称为二氧化锆，是一种常见的无机化合物。
它具有高熔点、高硬度和良好的化学稳定性，是一种重要的结构陶瓷材料和功能陶瓷材料。
对于ZrO2的热膨胀系数的研究对于设计和应用各种基于ZrO2的材料和构件都至关重要。
热膨胀系数一般用线膨胀系数（α）来表示，即单位温度变化引起的长度、面积或体积变化与原来的长度、面积或体积之比。
对于固体材料而言，可以用线膨胀系数来描述长度的变化，即单位温度变化引起的长度变化与原来的长度之比。
ZrO2的热膨胀系数因材料的晶相结构、组分和制备工艺等因素而异。
根据文献资料记载，ZrO2的室温线膨胀系数为10~12×10^-6/℃。
其中，其晶体结构的相变也会对热膨胀系数产生影响，例如由单斜相到四方相的相变会引起热膨胀系数的显著变化。
对于ZrO2的热膨胀系数的研究，可以参考多种文献和研究成果。
下面列举几个常用的参考文献：1. Yunos, D.M., et al. (2014). "Thermal Expansion of ZirconiaCeramics: A Review." Ceramics International, 40(1), 1159-1165.这篇综述文章回顾了关于ZrO2陶瓷热膨胀系数的研究成果。
文章概述了影响ZrO2热膨胀系数的各种因素，包括晶相结构、晶胞结构、材料纯度等，并总结了各种测量方法和技术的优缺点。
2. Garvie, R., et al. (1966). "Thermal Expansion in the Ceria Zirconia Series." Journal of the American Ceramic Society, 49(8), 408-9.这篇文章研究了CeO2和ZrO2组成系列中的热膨胀系数。
氧化锆 化学式-概述说明以及解释
氧化锆化学式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述氧化锆，化学式为ZrO2，是一种重要的无机化合物。
它由锆和氧原子组成，具有广泛的应用领域。
氧化锆因其独特的化学性质和物理性质，在材料科学、工业制造、生命科学等领域中起着重要的作用。
本文将对氧化锆的化学性质和物理性质进行探讨，并对其重要性和未来应用进行总结和展望。
氧化锆具有高熔点、高硬度、高热稳定性以及良好的耐腐蚀性。
它是一种优良的耐火材料，可用于高温工艺的保护和绝缘。
此外，氧化锆还具有优异的导热性和导电性，可以应用于热管、传感器和电子器件等领域。
另外，由于其较低的导热系数，氧化锆也常被用作热障涂层的材料，用于提高航空航天器件和发动机的性能。
在生命科学领域，氧化锆具有优秀的生物相容性和生物惰性。
这使得氧化锆在人工关节、牙科修复材料等医疗器械中得到广泛应用。
此外，氧化锆还可以用作生物传感器、药物释放载体等生物医学材料。
然而，尽管氧化锆具有众多优点，但其应用也面临一些挑战。
例如，在高温环境下，氧化锆容易发生相变，从立方相转变为单斜或单轴相，从而导致其性能下降。
此外，氧化锆的制备过程中，单相纯度的控制也是一个难点。
综上所述，氧化锆具有重要的化学性质和物理性质，广泛应用于材料科学、工业制造和生命科学领域。
未来，随着技术的不断发展，氧化锆的应用前景将进一步拓展，同时也需要克服一些制备和性能方面的困难。
这将促进氧化锆在更多领域的应用，推动相关领域的科学进步和技术革新。
文章结构部分的内容可以编写如下：1.2 文章结构本文将主要分为三个部分进行讨论，即引言、正文和结论。
在引言部分，首先对氧化锆这一化合物进行概述，介绍其基本概念、特点和重要性。
然后，给出本文的结构安排，明确各部分内容的目的和意义。
最后，明确本文的目的，即通过对氧化锆的化学性质和物理性质的综合研究，进一步认识和探讨氧化锆的重要性和未来应用的可能性。
接下来的正文部分将对氧化锆的化学性质和物理性质进行详细阐述。
特种陶瓷第二讲1 ZrO2陶瓷
光纤连接器用陶瓷：光纤连接器与光纤跳接线是光纤 网路中应用面最广且需求量最大的光无源器件。但是 目前国际上只有美日等发达国家有技术生产氧化锆插 芯和套筒，其毛坯生产技术在国内还是空白。陶瓷插 芯毛坯由于内含一个0.1mm的小孔，且对尺寸同心度 的要求都很高，因此采用传统的陶瓷材料成型方法难 以制备，只有通过注射成型的方法才有可能。
Tp1 (℃) Tp2 (℃)
8
12 321.21 544.10
15 332.70 553.30
Tp1: t-ZrO2析晶放热峰温度 Tp2: m-ZrO2析晶放热峰温度
析晶活化能
根据JMA方程，等温条件下析晶体积分数可描 述为： x =1-exp[-(kt)n] 式中x为结晶体积分数，k为析晶动力学参数，t 为等温时间，n是反映析晶机理的指数。一般 情况k可表示为： k =νexp(-E/RT) 式中ν为频率因子（s-1），E为析晶活化能，T 为开氏温度，R为气体常数
热处理温度 (℃)
t-ZrO2晶粒尺寸 (nm) m-ZrO2晶粒尺寸 (nm)
600
8.6 9.4
800
17 15.5
1000
－ 33.8
从表5-1看到500、600和800 ℃热处理后tZrO2晶粒尺寸分别为5.1、8.6和17 nm， 处于表面能起决定作用的t-ZrO2稳定存在 的尺寸范围内，因此亚稳t-ZrO2可在低温 稳定存在。至1000 ℃热处理后，m-ZrO2 晶粒尺寸达到33.8 nm，而此时t-ZrO2已完 全消失，可知由于t-ZrO2此时晶粒尺寸已 大于30.6 nm的保持稳定的临界尺寸，所 以失稳并完全转变为m-ZrO2。
切割应用：在特定的切割应用中， Y－TZP占据了一定的市场份
氧化锆是什么材料
氧化锆是什么材料氧化锆是一种重要的陶瓷材料，具有许多优异的性能和广泛的应用。
它是由锆和氧两种元素组成的化合物，化学式为ZrO2。
氧化锆具有高熔点、高硬度、高抗磨损性、优异的化学稳定性和良好的热震裂性能，因此被广泛应用于陶瓷材料、结构陶瓷、磨料、电子材料、生物材料等领域。
首先，氧化锆在陶瓷材料领域具有重要的应用。
由于氧化锆具有高熔点和优异的化学稳定性，因此可以用于制备高温陶瓷材料。
氧化锆陶瓷具有高硬度、高抗磨损性和优异的耐腐蚀性能，因此被广泛应用于制备刀具、轴承、喷嘴等耐磨材料，同时也用于制备化工设备、炉具等高温工作环境下的材料。
其次，氧化锆在结构陶瓷领域也有重要的应用。
氧化锆陶瓷具有优异的抗压强度和热震裂性能，因此被广泛应用于制备结构陶瓷材料。
例如，氧化锆可以用于制备高性能陶瓷刀片、陶瓷轴承、陶瓷阀门等结构陶瓷制品，这些制品具有优异的耐磨损性能和良好的耐高温性能，因此在机械制造、化工、航空航天等领域得到广泛应用。
此外，氧化锆还可以用于制备磨料材料。
由于氧化锆具有高硬度和优异的磨削性能，因此被用作磨料材料。
氧化锆磨料具有高磨削效率、低磨损率和优异的加工表面质量，因此被广泛应用于金属、玻璃、陶瓷等材料的精密加工领域。
此外，氧化锆还具有优异的电子性能，因此被用作电子材料。
氧化锆可以用于制备电子陶瓷、电子封装材料、电子陶瓷电容器等电子材料，这些材料具有优异的绝缘性能和良好的介电性能，因此被广泛应用于电子元器件领域。
最后，氧化锆还可以用作生物材料。
由于氧化锆具有优异的生物相容性和良好的机械性能，因此被用于制备人工关节、牙科种植体、骨修复材料等生物材料，这些材料具有优异的生物相容性和良好的机械稳定性，因此在医疗领域得到广泛应用。
综上所述，氧化锆是一种重要的陶瓷材料，具有许多优异的性能和广泛的应用。
它在陶瓷材料、结构陶瓷、磨料、电子材料、生物材料等领域都有重要的应用，对于推动工业制造、提高产品质量、改善生活质量都具有重要意义。
氧化锆的制备方法 -回复
氧化锆的制备方法-回复【氧化锆的制备方法】氧化锆（ZrO2）是一种重要的无机非金属材料，由于其优异的物理化学性质，如高熔点、耐腐蚀、高强度以及良好的化学稳定性，在结构陶瓷、功能陶瓷、催化剂载体、高级耐火材料等领域有着广泛的应用。
本文将详细介绍氧化锆的几种主要制备方法。
一、固相法1. 原料准备：首先，选取高纯度的锆砂（ZrSiO4）作为原料，这是因为锆砂中锆元素含量较高且易于提取。
2. 热分解还原：将锆砂与还原剂（如碳或镁）混合均匀后，进行高温热处理（一般在1600-2000）。
在这个过程中，锆砂被还原为二氧化锆和硅。
3. 分离提纯：经过高温反应后的产物冷却后，通过破碎、筛选和磁选等步骤去除杂质，并分离出二氧化锆。
4. 烧结活化：将得到的二氧化锆粉末在高温下进一步烧结，以消除晶格缺陷，提高其致密度和纯度，最终得到氧化锆产品。
二、溶胶-凝胶法1. 前驱体溶液制备：选用可溶性锆化合物（如硝酸锆、氯化锆等）溶解于醇类或其他有机溶剂中，然后加入适量的稳定剂和络合剂，形成稳定的锆盐溶液。
2. 溶胶生成：通过缓慢滴加碱液（如氨水）或醇盐引发水解和聚合反应，使锆盐溶液转化为溶胶体系。
3. 凝胶老化与干燥：将上述溶胶在一定温度下静置一段时间（老化过程），使其充分形成三维网络结构，随后通过低温烘干去除溶剂，得到干凝胶。
4. 热解与煅烧：将干凝胶在氮气或氩气保护下逐步升温至500-800进行热解，除去有机成分并转化为氧化锆。
之后继续升温至1200-1600进行煅烧，最终得到具有高纯度和良好微观结构的氧化锆粉体。
三、水热法1. 原料溶解：选择锆的可溶性盐在热水或超临界水中溶解，同时添加适当的稳定剂，促使锆离子在水热条件下生成稳定的锆配合物。
2. 水热反应：将溶解有锆盐的溶液置于高压釜中，在特定温度（通常高于100）和压力下进行水热反应，促使锆离子发生沉淀并转变为氧化锆。
3. 后处理：反应结束后，冷却并减压，过滤收集沉淀物，经洗涤、干燥及高温煅烧等一系列后处理工序，最终获得氧化锆粉末。
ZrO2精细陶瓷材料湿法成型工艺概述
ZrO2精细陶瓷材料湿法成型工艺概述摘要：Zr02具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下为导体等良性质。
在20世纪70年代出现了氧化锆陶瓷增韧材料，使氧化锆陶瓷材料的力学性能获得了大幅度的提高，极大的扩展了Zr02在结构陶瓷领域的应用。
本文主要介绍了论述了氧化锆精细陶瓷材料的湿法成型工艺的有关研究现状，分析了不同工艺方法的优缺点和应用领域。
关键词：关氧化错高性能陶瓷制备应用就目前陶瓷制备工艺的发展水平来看，成型工艺在整个陶瓷材料的制备过程中起着承上启下的作用，是保证陶瓷材料及部件的性能可靠性及生产可重复性的关键，与规模化和工业化生产直接相关。
下面介绍氧化锆精细陶瓷材料湿法成型较为常用的几种方法。
一、注浆成型注浆成型属于传统工艺，适合制备形状复杂的大型陶瓷部件，但坯体质量，包括外形、密度、强度等都较差，工人劳动强度大且不适合自动化作业。
二、热压铸成型热压铸成型是在较高温度下使陶瓷粉体与粘结剂(石蜡)混合，获得热压铸用的浆料，浆料在压缩空气的作用下注入金属模具，保压冷却，脱模得到蜡坯，蜡坯在惰性粉料保护下脱蜡后得到素坯，素坯再经高温烧结成瓷。
热压铸成型的生坯尺寸精确。
内部结构均匀，模具磨损较小，生产效率高，适合各种原料。
蜡浆和模具的温度需严格控制，否则会引起欠注和变形，因此不适合用来制造大型部件，同时两步烧成工艺较为复杂，能耗较高。
三、流延成型流延成型是把陶瓷粉料与大量的有机粘结剂、增塑剂、分散剂等充分混合，得到可以流动的粘稠浆料，把浆料加人流延机的料斗，用刮刀控制厚度，经加料嘴向传送带流出．烘干后得到膜坯。
此工艺适合制备薄膜材料，为了获得较好的柔韧性而加入大量的有机物，要求严格控制工艺参数，否则易造成起皮、条纹、薄膜强度低和不易剥离等缺陷。
所用的有机物有毒性，会产生环境污染，应尽可能采用无毒或少毒体系，减少环境污染。
四、直接凝固注模成型直接凝固注模成型是由苏黎世联邦工学院开发的一种成型技术。
现代陶瓷材料常用的化合物
现代陶瓷材料常用的化合物陶瓷是一种传统的材料，具有优异的物理和化学性质，因此在各个领域得到广泛应用。
现代陶瓷材料的发展离不开一系列常用的化合物，下面我们来一一介绍。
1. 氧化铝（Al2O3）：氧化铝是一种重要的陶瓷原料，具有高熔点、高硬度、耐酸碱腐蚀等特点，被广泛应用于陶瓷制品、磨料、电子材料等领域。
2. 二氧化硅（SiO2）：二氧化硅是一种常见的陶瓷原料，具有高熔点、高硬度、绝缘性等特点，广泛用于制作陶瓷纤维、玻璃、光学材料等。
3. 氧化锆（ZrO2）：氧化锆是一种重要的结构陶瓷材料，具有高强度、高韧性、耐磨性等特点，被广泛应用于人工关节、高温热障涂层等领域。
4. 氧化铝氧化锆复合材料（Al2O3-ZrO2）：氧化铝氧化锆复合材料结合了氧化铝和氧化锆的优点，具有高强度、高韧性、耐磨性等特点，被广泛应用于工具刀具、车削刀具等领域。
5. 氧化铝氮化硅复合材料（Al2O3-Si3N4）：氧化铝氮化硅复合材料结合了氧化铝和氮化硅的优点，具有高强度、高温稳定性等特点，被广泛应用于耐磨陶瓷、高温结构材料等领域。
6. 氧化锆氮化硅复合材料（ZrO2-Si3N4）：氧化锆氮化硅复合材料结合了氧化锆和氮化硅的优点，具有高强度、高温稳定性等特点，被广泛应用于高温陶瓷、切割工具等领域。
7. 氧化铝硅酸锆复合材料（Al2O3-ZrSiO4）：氧化铝硅酸锆复合材料结合了氧化铝和硅酸锆的优点，具有高强度、高温稳定性等特点，被广泛应用于耐磨陶瓷、抛光材料等领域。
8. 氮化硅（Si3N4）：氮化硅是一种重要的陶瓷材料，具有高强度、高温稳定性、耐磨性等特点，被广泛应用于高温结构材料、切割工具等领域。
9. 碳化硅（SiC）：碳化硅是一种重要的陶瓷材料，具有高硬度、高熔点、耐磨性等特点，被广泛应用于切割工具、高温陶瓷等领域。
10. 氧化锆钛酸钠复合材料（ZrO2-TiO2-Na2O）：氧化锆钛酸钠复合材料结合了氧化锆、钛酸钠的优点，具有高强度、高温稳定性等特点，被广泛应用于电子陶瓷、传感器等领域。
zro2晶体结构
zro2晶体结构
ZrO2晶体结构是指氧化锆晶体的排列方式和形态特征。
氧化锆
晶体是一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、高温抗氧化性和化学稳定性等优良特性，广泛应用于航空、航天、电子、医疗和化工等领域。
ZrO2晶体具有多种晶型，其中最常见的为立方晶系的相（c-ZrO2）。
该相具有独特的晶体结构，由Zr4+离子和O2-离子构成，形成一种严格的离子间距离和角度的排列方式。
在该结构中，Zr4+离子分别占据
8个和4个八面体空位，而氧离子则构成六面体密堆积结构。
该结构具有优异的热膨胀性、热导率和热震稳定性等特性，因此在高温环境下具有广泛的应用前景。
除了c-ZrO2晶体结构外，ZrO2还存在着其他晶型，如单斜晶系、三斜晶系和四方晶系等。
这些晶型的结构和性能与c-ZrO2有所不同，但同样具有广泛的应用潜力。
在实际应用中，利用ZrO2晶体结构的特性，可以制备出一系列
高性能的氧化锆陶瓷材料、电子陶瓷器件和催化剂等产品，为人们的生活和工作带来了诸多便利和实用性。
- 1 -。
氧化锆相变
氧化锆相变引言氧化锆（ZrO2）是一种广泛应用于陶瓷、电子、能源等领域的重要材料。
氧化锆具有高熔点、高热导率、低热膨胀系数等优良物理性质，同时还具有优异的化学稳定性和生物相容性。
氧化锆晶体存在多个相，其中最常见的是单斜相和四方相。
相变是指物质由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。
本文将介绍氧化锆相变的原理、过程以及相变对其性质的影响。
氧化锆相变的原理氧化锆晶体的相变是由于其晶格结构的变化导致的。
在常温和常压下，氧化锆为单斜晶系，晶格参数a、b、c和β角相互独立。
当温度升高到约1170°C，氧化锆会经历相变，转变为四方晶系。
在四方晶系中，晶格参数a=b=c，α=β=γ=90°。
相变的发生使得晶体结构发生了变化，进而影响了氧化锆的物理性质。
氧化锆相变的原因是由于金属离子的配位数发生了改变。
在单斜相中，氧化锆离子与氧离子配位数为6：4，在氧化锆晶体中形成了锆氧八面体结构。
而在四方相中，氧化锆离子与氧离子配位数均为6，在四方晶体中形成了锆氧八面体结构。
相变发生时，锆氧八面体的配位数从4变为6，导致了晶体结构的变化。
氧化锆相变的过程氧化锆相变的过程可以分为两个阶段：共存相态和相变相态。
在共存相态中，单斜相和四方相同时存在，但存在不稳定现象。
通过对氧化锆样品进行加热处理，可以观察到单斜相逐渐转变为四方相，最终转变为纯四方相。
相变相态是指氧化锆全部转变为四方相的状态。
相变过程中，晶体结构发生了彻底的变化，晶体形貌由条状变为粉末状。
相变过程中会发生晶体内部的裂纹和应变累积现象，导致晶体的宏观形态发生变化。
氧化锆相变对物性的影响氧化锆相变对其物性性质有较大影响。
相变过程中，晶体结构的变化导致晶体的内部结构和外部形貌发生变化。
首先，相变会导致氧化锆晶体的热胀冷缩性质发生变化。
由于四方相的晶格参数a、b、c均相等，其热胀冷缩系数也相等，从而使得整个晶体在温度变化下具有较小的体积变化。
这种特性使得氧化锆在高温和高压设备的应用中更加稳定可靠。
zro2陶瓷的应用及原理
ZrO2陶瓷的应用及原理1. 介绍ZrO2陶瓷是一种具有优异性能和广泛应用的先进陶瓷材料。
它以氧化锆（Zirconium Dioxide）为主要成分，具有高硬度、高熔点、耐腐蚀性好、绝缘性能优异等特点。
本文将重点介绍ZrO2陶瓷的应用领域以及其原理。
2. 应用领域2.1 传感器ZrO2陶瓷因其优异的尺寸稳定性和化学稳定性，被广泛应用于传感器领域。
它可以用于气体传感器、温度传感器、湿度传感器等。
在气体传感器中，ZrO2陶瓷常用作传感器元件中的感受层，通过对气体的吸附量变化进行测量，实现气体检测的目的。
2.2 电子器件由于ZrO2陶瓷的高介电常数和优良的绝缘性能，它被广泛应用于电子器件中，例如电容器、变压器和电子管等。
在电容器应用中，ZrO2陶瓷常被用作电介质层，可以提高电容器的性能。
在电子管中，ZrO2陶瓷常用于缓冲层，起到隔离和保护作用。
2.3 医疗领域ZrO2陶瓷在医疗领域中具有广泛的应用。
由于其生物惰性和良好的耐腐蚀性，ZrO2陶瓷常被用于人工关节、牙科种植体等医疗器械的制作。
其高硬度和耐磨性也使得ZrO2陶瓷成为一种理想的牙科修复材料。
2.4 其他应用除了上述应用领域，ZrO2陶瓷还有许多其他应用。
例如，在航空航天领域，ZrO2陶瓷可以用于制作航空发动机部件和航天器的闪光层。
在化工领域，它可以用于制作耐酸碱容器和化学反应器。
此外，ZrO2陶瓷还可以用于制作陶瓷刀具、研磨球等工具。
3. 原理ZrO2陶瓷的优异性能和广泛的应用离不开其特殊的结构和特点。
3.1 结构ZrO2陶瓷具有多种晶相，其中最常见的是单斜晶型、四方晶型和立方晶型。
在常温下，ZrO2陶瓷通常为单斜型或四方型结构，而在高温下，可以转变为立方晶型结构。
这种结构的变化给ZrO2陶瓷带来了一些独特的性能，如高温稳定性和低热导率。
3.2 特性除了结构上的不同，ZrO2陶瓷还具有以下特性：•高硬度：ZrO2陶瓷的硬度接近于莫氏硬度9，比钢材等常见材料更为坚硬；•高熔点：ZrO2陶瓷的熔点约为2700摄氏度，具有优异的高温稳定性；•耐腐蚀性好：ZrO2陶瓷对酸、碱等腐蚀物质具有良好的抗腐蚀性；•优良的绝缘性能：ZrO2陶瓷具有极高的绝缘性能，常被用作电子器件的绝缘层。
氧化锆材料在结构陶瓷的应用技术
氧化锆材料在结构陶瓷的应用技术,现状和发展林振汉（上海大学锆材料研究中心上海200072）四方氧化锆具有高的断裂韧性、强度、硬度和耐磨性等特点，显示出优良的机械性能和塑性。
因此推动了氧化锆材料在结构陶瓷突飞猛进的应用和发展，被认为是最有发展前景的新型结构材料。
氧化锆材料在结构陶瓷的应用特性一，氧化锆的相结构变化和特征：1，氧化锆的相变众所周知，氧化锆是一个多相体系，受温度的影响历经三个相系：单斜、四方和立方，但又是可逆的相转变过程，常温下只是单斜相稳定。
不同相结构的ZrO2的膨胀性能差异很大。
单斜ZrO2向四方ZrO2转化时，发生各向异性膨胀，沿三个轴（a、b、c）膨胀系数是不一致的，沿b轴方向膨胀不明显，而沿a、c轴方向膨胀显著，转化时，晶格参数也随着变化，升温时ZrO2由单斜向四方转化，由于吸收热量，有明显的体积收缩（5%），而降温时（四方向单斜转化）产生体积膨胀（8%），这是造成ZrO2陶瓷的龟裂的原因。
ZrO2由单斜开始向四方相转化，转化温度通常在1100～1200℃之间（1163℃）。
但在冷却时，t-ZrO2转变为m-ZrO2时由于m-ZrO2新相晶核形成困难，因而转变温度在850～1000℃之间（930℃），这个转变是一个非热过程，说明ZrO2在晶相转变时会出现温度滞后现象（在一个温度范围内进行）。
t-ZrO2与m-ZrO2之间的晶型转变是位移性转变，没有原子之间的扩散。
相变无需提供能量。
ZrO2相变近似于该固相中声波传播速度进行。
它为相变吸收断裂能和材料增韧提供了必要条件。
正因为三个相的性能和结构不同，所以，在应用方面有很大的差别。
氧化锆的相转变，是氧化锆能被应用作结构陶瓷和功能陶瓷的理论依据。
2，氧化锆复合体的固溶性能和稳定化的作用纯氧化锆在常温下是单斜相，不可能形成其他相系，为了获得其他稳定相系：研究表明，在ZrO2中添加某些氧化物作为稳定剂(Y2O3、CaO、Al2O3、CeO2、MgO、Sc2O3等)，这些氧化物能于ZrO2形成固溶体或复合体，可改变晶体内部结构，添加的氧化物可填充ZrO2中晶格缺陷，抑制ZrO2扭转，起到稳定的作用。
氧化锆陶瓷的结构(1)
在转变过程中伴随着体积的变化，由单斜向四方转 变时，体积会收缩5%；的变化而粉化，所以制造较大的纯氧化锆体材料是 很困难的，有人提出可以利用这一相变改善氧化锆 陶瓷的强度和韧性。 在立方相基体中被约束的亚稳定四方相颗粒在扩展 的裂纹解除这一约束时能引起转变为单斜相的相变 。伴随着马氏体相变体积的变化和剪切应力能阻挡 裂纹的张开，从而增加陶瓷抵抗裂纹的扩展，即增 加了陶瓷的韧性。
氧化锆的结构
氧化锆存在三种稳定的同素异形体：单斜相（M） 立方相（C）和四方相（F）。 它们之间的转换关系如下：
单斜 （M)
1170℃
四方 （T)
2370℃
立方 （C)
2680℃ 液态
ZrO2三种晶体结构
ZrO2的四方晶型相当于萤石结构沿着C轴伸长而变形的晶 体结构；而单斜晶为沿着β角偏转一个角度而成的。
图1 四方晶内ZrO8在（100）平 面上投影
图2 立方晶内ZrO8在（100）平面 上投影
ZrO2晶体结构单胞参数和原子参数
在粉末混合物中，纯ZrO2的头同素异晶多型体能用X 射线衍射鉴别，Garvie和Nicholson和Schmid叙述了 用X射线衍射技术多氧化锆多型体混合物进行定量分 析的方法。不过，在立方、四方和单斜相的三元系 统中，不可能用XRD进行定量分析。在这种情况下， 唯一正确的方法是中子衍射。下表为不同情况下单 斜相ZrO2晶体结构原子参数。
氧化锆三相结构的特征
单斜结构如图所示，锆与氧离子是7个配位数，它一 方面被氧离子夹在四面体配位（OⅡ）的一边，另一 方面被氧离子夹在三角形配位（OⅠ）的另一边，他 们都有各自不同的键长和键角。由于晶体结构差异 很大，所以在外界应力作用下，将发生晶型转变。 四方晶ZrO2晶胞结构是Zr与O所处的位置类似于萤石 结构，Zr为8个O所包围，Zr 与其中四个O是等距离 配位，其距离是0.2455nm；另外四个O也是等距离 配位，Zr与O距离为0.2065nm。说明O是占有四方 的偏心位置，表明氧空位有利于阴离子转移（见图1 ）。立方ZrO2晶格内每个Zr与8个O等距离配位，每 个Zr与4个O是四面体配位，如图2
ZrO2复相陶瓷材料的研究
Ｚ Ｏ２ ｒ 复相 陶瓷 材 料 的研 究
赵诗 奎 许 崇海 。 张 荣波 冯 日美 孝 煦 ， ， ， ，
（． １ 山东 轻 工 业 学 院 机 械 工 程 学 院 ， 济南 ２ ０ ５ ；． ５ ３ ３２ 山东 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 南 ２ ０ ６ ） 济 ５０１
摘 要 综合 近 几年 来 Ｚ Ｏ 复相 陶 瓷材 料 的研 究情 况 ， ｒ 发现 对 Ｚ Ｏ 结构 陶瓷 的研 究主 ｒｚ
类 极有发 展前 途 的新 型结 构 陶瓷 ， 有高强 度 、 具
中添加 ０ ５ ４ ％ Ａｌ 。可 以 提 高 材料 的抗 热 ． ～ ｗｔ ： Ｏ
震性 ， 向 ２ ５ —Ｔ Ｐ中添加 ０ ３ １ ２ 而 ．Ｙ Ｚ ． ～侵蚀 稳定性 、 热导 率低 等优
１ 引 言
氧化锆 陶 瓷是二 十世纪 七 十年代发 展起 来 的
一
研 究 表 明［ ３， 加 微 量 （ 于 ５ ） １］ 添 － 低 ｗｔ 的 Ａｌ 。 以促 进 Ｙ— Ｔ Ｐ的烧 结致 密 化 ， 高其 可 Ｏ Ｚ 提
性 能 。 Ｗ ａａ ａ ｅ ｔｎ ｂ 等 研 究 认 为 ： ３ ９ — ＴＺ 向 ．Ｙ Ｐ
要 集 中在 力 学性 能 的 改 善 方 面 ， 文 总 结 了 Ｚ Ｏ。 相 陶瓷 的研 究情 况和 进展 ， 为 后 面 对 本 ｒ 复 作
Ｚ Ｏ 复相 陶瓷研 究 的基础 和参 考 。 ｒ 关键词 Ｚ Ｏ ； ｒ 陶瓷 ； 学性 能 力
中图 分 类 号 ： ＱＩ ４ Ｔ ７ 文献标识码 ： Ａ
分 数 ， 同） Ａ 。的 加 入 可 提 高基 体 的 弹 性 下 的 ｌ０ 模 量 和硬度 ， ３ 使 Ｙ—Ｔ Ｐ的断 裂韧 性增 加 ， 使 Ｚ 却 ２ Ｙ—ＴＺ 的 断 裂 韧 性 呈 下 降 趋 势 。Ｊ ｈ Ｐ ．Ｉ ．Ｓ ｉ 等 通过 化 学 共 沉 淀 法 制 粉 并 热 压 烧 结 制 备 了 ＡＩ 。 ３ — ＴＺ ，发 现 当 加 入 的 ＡｌＯ 为 ／Ｙ Ｏ Ｐ 。 １ｖ ｌ 时 ， ０ ｏ 复相 材 料 的相 对 密 度 、 弯 强 度 和 断 抗 裂韧性 均达 最大 。而 Ｊ ．ＬＬ 通过 机械混 合法 ．Ｆ ｉ］ ８
- 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)。
问题：
1 完全稳定 2 稳定机理 3 溶胶-凝胶法 4 应力诱导
Thank you!
缺点：硬度和强度偏低
• 多种稳定剂的氧化锆陶瓷：
在Y-TZP中添加适量的CeO2，利用Ce-TZP 良好的抗低温水热腐蚀性能 ，可以有效抑制 低温老化现象。
另一方面，向Ce-TZP中加入少量Y2O3可提 高材料的烧结致密度、细化晶粒并提高其硬 度。
➢ 氧化锆增韧陶瓷
如果在不同陶瓷基体中加入一定量的 ZrO2 并使亚稳四方氧化锆多晶体均匀的弥散分布在 陶瓷基体中，利用氧化锆相变增韧机制使陶瓷 的韧性得到明显的改善。这种氧化锆相变增韧 陶瓷称为氧化锆(相变)增韧陶瓷(Zirconia Toughened Ceramics，ZTC)。
(+H2O) ZrOCl2 氯氧化锆凝固150-180 ℃ ，与SiCl4分离
冷却结晶/焙烧
ZrO2(粉体) + Cl2 或，ZrOCl2 + 2NH3 + 2H2O Zr(OH)4 + 2NH4Cl
热分解分馏Z法rO2超细粉 150-180℃ ZrCl4
3.2 共沉淀法:
此法由于设备工艺简单，生产成本低廉，且易 于获得纯度较高的纳米级超细粉体，因而被广
内容提要
• 前言 • ZrO2的结构与性能 • ZrO2粉体制备工艺
什么是氧化锆
氧化锆是所有形式二氧化锆的统称，是一种
耐高温、耐磨损、耐腐蚀无机非金属材料。
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ZrO2（单斜锆及其各种变体）； (2)正硅酸锆ZrSiO4（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) 。
泛采用。主要缺点是没有解决超细粉体的硬团
聚问题，粉体的分散性差，烧结活性低。
3.3 水解沉淀法:锆盐水解沉淀和锆醇盐水 解沉淀。 1） 锆盐水解沉淀法
ZrOCl2浓度控制在0.2～0.3mol/l。此法的优点是 操作简便,缺点是反应时间较长(>48小时),耗能较 大,所得粉体也存在团聚现象。
2） 锆醇盐水解沉淀法
• 单一稳定剂的氧化锆陶瓷
Y-TZP：稳定剂Y2O3 特点：烧结温度低，烧结性能好，致密
度高，力学性能和抗弯强度都优良， 还表现出良好的耐磨性，耐腐蚀性和 生物相容性。
缺点：低温长期使用发生性能老化。
• Ce-TZP：稳定剂CeO2 特点：价格低廉，且能在较宽的范围内与
氧化锆形成四方相固溶区，较高的断裂 韧度和良好的抗低温水热老化性能
3.5 溶胶-凝胶法
优点：(1)粒度细微,亚微米级或更细；(2)粒度分布窄；(3) 纯度高,化学组成均匀,可达分子或原子尺度；(4)烧成温 度比传统方法低 400～500℃。 缺点：(1)原料成本高且对环境有污染；(2)处理过程的时 间较长；(3)形成胶粒及凝胶过滤、洗涤过程不易控制。
3.6 微乳液法
➢ 氧化锆相变增韧
完全稳定的ZrO2力学性能仍很低， 尤其是抗热震性能差。如果减少加入氧 化物的数量(小于完全稳定的数量)，不使 全部氧化物都呈稳定的立方相，而使一 部分以四方相的形式存在，利用氧化锆 的部分相变来起到增韧的作用。
氧化锆相变增韧陶瓷有三种类型，分别为：
➢ 部分稳定氧化锆陶瓷(partially stabilized zirconia， PSZ)
此法的优点是：(1)几乎全为一次粒子,团聚很少； (2)粒子的大小和形状均一；(3)化学纯度和相结构 的单一性好。 缺点是：原料制备工艺较为复杂,成本较高。
3.4 水热法
• 化学反应：ZrOCl2+H2O→ZrO2+HCl
• 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，反应条件较苛刻，难 于实现大规模工业化生产。
稳定剂作用
• 常见的ZrO2稳定剂是稀土或碱土氧化物 ，比如Y2O3 MgO CeO2 CaO。 机理：稳定剂的阳离子在ZrO2中具有一 定的溶解度，可以置换其中的锆离子。 而形成置换型固溶体，阻碍四方晶型(t) 向单斜晶型(m)的转变，从而降低氧化锆 陶瓷t-m相变的温度，使t-ZrO2亚稳至室 温。
如果陶瓷基体是 Al2O3 、莫来石（Mullite） 等，分别表示为 ZTA、ZTM 等。
3. 氧化锆粉体备工艺
3.1 锆英石加碳氯化法 3.2 共沉淀法 3.3 水解沉淀法 3.4 水热法 3.5 溶胶-凝胶法 3.6 微乳液法
3.1 锆英石加碳氯化法
ZrSiO4 + C + 4Cl2 ZrCl4 + SiCl4 + 4CO >300 ℃(升华） 57.6 ℃
增韧机理：
➢应力诱导相变：含有部
分t-ZrO2陶瓷在受到外力作 用时微裂纹尖端产生张应力， 松弛了四方相所受的压应力， 微裂纹表面有一层四方相转 变为单斜相。由于单斜相产 生7%左右的体积膨胀和剪 切应变导致压应力，不仅抵 消了外力造成的张应力而且 阻止进一步的相变。
• 目前，提高应力诱导相变增韧的途径主 要有：
• Mg-PSZ：稳定剂MgO
优点：在相对较高的温度下具有优良的力 学性能和抗蠕变性能。
缺点：烧结温度很高（1700℃-1800℃）， 高于1000℃时易产生晶相分解和大量四 方相失稳，致使材料性能衰退，严重制 约其在高温区的应用。
➢ 四方氧化锆多晶体陶瓷
当 ZrO2 中稳定剂加入量控制在适当量时可以使 tZrO2 以亚稳状态稳定保存到室温，那么块体氧化 锆陶瓷的组织结构是亚稳的 t- ZrO2 细晶组成的四 方氧化锆多晶体称之为四方氧化锆多晶体陶瓷 (tetragonal zirconia polycrystal，TZP)。在外力作用 下可相变 t-ZrO2发生相变，增韧不可相变的 ZrO2 基体，使陶瓷整体的断裂韧性改善。当加入的稳定 剂是Y2O3 、CeO2，则分别表示为 Y-TZP、Ce-TZP 等。
(2)四方相氧化锆晶粒由于烧结温度过高而造成 晶粒尺寸r大于临界相变尺寸r ，在冷却过程中 自发相变为单斜相氧化锆，产生微裂纹；
(3)四方相氧化锆在应力条件下，相变成单斜相 氧化锆。
➢裂纹的弯曲和偏转增韧（弥散增韧机理）：
在裂纹的扩展路径上，放置一些障碍，阻碍 裂纹的运动，使裂纹扩展时须改变方向。这 些障碍可以是第二相粒子，也可以是第二相 产生的应力集中或残余应力等。
2370℃ 2370℃
立方c-ZrO2
散纯相Zr变O2，烧伴结随冷产却生时约发７生％的的ｔ体→积ｍ膨相胀变和为相无当扩
大的剪切应变（约８％）；相反，在加热时，
由ｍ→ｔ相变，体积收缩。
马氏体相变特点：
(1)相变无扩散的； (2)相变是非热的； (3)相变过程伴有3%～5%的体积膨胀及
1%-8%的剪切应变； (4)相变是可逆的； (5)相变温度受晶粒尺寸的影响； (6)添加稳定剂可以抑制相变； (7)相变受力学约束状态影响。
➢ 晶型转变
单斜m-ZrO2
1170℃ 950℃
四方t-ZrO2
2370℃ 2370℃
立方c-ZrO2
在低温下锆离子趋向于形成配位数小于8 的结构，即单斜相。而具有Zr-O八配位结 构的立方像和四方相只能在高温下借助于 晶格的震动平衡才能稳定存在。
单斜m-ZrO2
1170℃ 950℃
四方t-ZrO2
(1)增加材料的弹性模量； (2)提高裂纹扩展时相变的四方相的体 积分数；
(3)增大相变区； (4)提高相变化学驱动力等。
➢微裂纹增韧：
四方相转变为单斜相时体积膨胀 导致的微裂纹,能在裂纹扩展过 程中吸收能量，起到提高断裂韧 性的作用。
• 含有氧化锆材料的马氏体相变诱发微裂纹，有 三种途径：
(1)单斜相的氧化锆在较高的烧结温度下为四方 相，冷却过程中发生四方相-单斜相的马氏体相 变，在颗粒周围产生微裂纹；
高纯ZrO2
• 颜色：白色（高纯ZrO2）； 黄色或灰色（含少量杂质的 ZrO2），常含HfO2杂质；
• 密度：5.65~6.27g/cm3；
• 熔点：2715℃。
性能与应用：1）热导率源自，化学稳定性好、耐腐 蚀性高：可用于高温绝缘材料、耐火 材料，如熔炼铂和铑等金属的坩埚、 喷嘴、阀心、密封器件等; 2）硬度高，耐磨性好：可用于制造 切削刀具、模具、剪刀、高尔夫球棍 头等; 3）具有敏感特性：可做气敏元件， 还可作为高温燃料电池固体电解隔膜、 钢液测氧探头等。
➢ 四方氧化锆多晶体陶瓷(tetragonal zirconia polycrystal，TZP)
➢ 氧化锆增韧陶瓷(Zirconia Toughened Ceramics，ZTC)
➢ 部分稳定氧化锆陶瓷
当 ZrO2 中稳定剂加入量在某一范围时，高温稳定的 cZrO2 通过适当温度下时效处理使 c-ZrO2 大晶粒（c 相） 中析出许多细小纺锤状的 t-ZrO2（t 相）晶粒，形成 c 相和 t相组成的双相组织结构。其中 c 相是稳定的而 t相 是亚稳定的并一直保存到室温。在外力诱导下有可能诱 发 t 相到 m 相的马氏体相变并伴随体积膨胀，耗散部分 能量、抵消了部分外力从而起到增韧作用，称为应力诱 导相变增韧。这种陶瓷称之为部分稳定氧化锆(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。
2. ZrO2的结构与性能
➢ ZrO2的晶体结构及晶型转变 ➢ ZrO2相变增韧
➢ 晶体结构
m-ZrO2：单斜晶系（＜1170℃） t- ZrO2：四方晶系（1170～2370 ℃） c-ZrO2：立方晶系（2370～2715 ℃）