二、稳定晶型氧化锆(ZrO 2 )
二氧化锆的稳定化及其应用
二氧化锆的稳定化及其应用二氧化锆，化学式为ZrO2，是一种具有高硬度、高熔点、耐腐蚀等多重优点的无机非金属材料。
其在工业生产中，常作为催化剂、载体、陶瓷增韧剂等使用。
而在环保领域，二氧化锆则可用于空气净化、污水处理等方面。
要使二氧化锆更好地发挥作用，必须对其进行稳定化处理。
二氧化锆的稳定化主要从热力学、动力学和结构三个方面入手。
热力学稳定性主要是指二氧化锆在高温下的稳定性，通过控制烧成温度和气氛实现；动力学稳定性则二氧化锆在反应过程中的稳定性，通过优化工艺条件来提高；结构稳定性是指二氧化锆在受力情况下的稳定性，通过添加增强相来提高。
在具体应用方面，二氧化锆的表现可圈可点。
在空气净化领域，二氧化锆可以作为催化剂，将有害气体分解为无害物质。
在污水处理领域，二氧化锆可以作为滤料，有效去除水中的有害物质。
在药物合成领域，二氧化锆可以作为载体，提高药物的稳定性和疗效。
在食品加工领域，二氧化锆则可以作为增韧剂，提高食品的口感和韧性。
二氧化锆的稳定化及其应用具有巨大的潜力和前景。
随着科技的不断发展，相信未来二氧化锆会在更多领域展现其独特的优势。
让我们期待二氧化锆在未来的更多精彩表现。
二氧化锆（ZrO2）是一种白色的无机化合物，具有高熔点、高硬度、高化学稳定性等特性。
它在许多领域都有广泛的应用，如陶瓷、催化剂、超级电容器等。
二氧化锆的物理性质包括高熔点（2600°C）、高硬度（莫氏硬度5）、优良的化学稳定性以及良好的电绝缘性能。
二氧化锆在高温下可以与许多化学物质反应，因此在高温化学反应中可以作为耐火材料。
在用途上，二氧化锆主要用于陶瓷和催化剂领域。
在陶瓷领域，二氧化锆可以用来制造高强度、高硬度的陶瓷材料，还可以作为增韧剂和添加剂，以提高陶瓷的韧性和耐冲击性能。
二氧化锆还可以用作催化剂，特别是在石油化工和有机合成领域中，二氧化锆可以作为催化剂载体和催化剂活性成分，具有优异的催化性能和稳定性。
除了以上用途，二氧化锆还可以作为超级电容器。
二氧化锆
二氧化锆（化学式：ZrO2）是锆的主要氧化物，通常状况下为白色无臭无味晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。
一般常含有少量的二氧化铪。
化学性质不活泼，但高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂。
能带间隙大约为5-7eV。
别名.：锆酸酐，氧化锆(Ⅳ) Zirconim(Ⅳ) oxide密度5.89克/立方厘米熔点约2700℃。
沸点约5000℃分子式(Formula)：ZrO2分子量(Molecular Weight)：123.22CAS No.：1314-23-4Cas号.：【1314-23-4】Beilstein 号折光率2.2晶型：低温时为单斜晶系，高温时为四方晶型，更高温为立方晶型化学性质化学式ZrO2。
存在于天然的二氧化锆矿中。
二氧化锆为白色晶体；由灼烧二氧化锆水合物或挥发性含氧酸锆盐所得的二氧化锆为白色粉末，不溶于水；经由轻度灼烧所得的二氧化锆，比较容易被无机酸溶解；强热灼烧所得的二氧化锆只溶于浓硫酸和氢氟酸；经过熔融重结晶的二氧化锆只与氢氟酸作用。
二氧化锆是一种两性氧化物，与碱白热煤气灯罩、搪瓷、白色玻璃、耐火坩埚等的制造。
X射线照相。
研磨材料。
与钇一起用以制造红外线光谱仪中的光源灯,厚膜电路电容材料，压电晶体换能器配方。
纳米级氧化锆用作抛光剂、磨粒、压电陶瓷、精密陶瓷、陶瓷釉料和高温颜料的基质材料。
用于制金属锆和锆化合物、制耐火砖和坩锅、高频陶瓷、研磨材料、陶瓷颜料和锆酸盐等主要用于压电陶瓷制品、日用陶瓷、耐火材料及贵重金属熔炼用的锆砖、锆管、坩埚等。
也用于生产钢及有色金属、光学玻璃和二氧化锆纤维。
还用于陶瓷颜料、静电涂料及烤漆。
用于环氧树脂中可增加耐热盐水的腐蚀。
氧化锆纤维是一种多晶质耐火纤维材料。
相对密度5.6～6.9。
化学稳定性及抗氧化性能好，热导率小，具有抗冲击性、可烧结性等。
由于ZrO2物质本身的高熔点、不氧化和其他高温优良特性，使得ZrO2纤维具有比氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等其他耐火纤维品种更高的使用温度。
结构陶瓷1(ZrO2)
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：
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。
二氧化锆的性质
二氧化锆的性质、用途及其发展方向郑文裕,陈潮钿,陈仲丛(广东宇田实业有限公司,广东澄海515821)摘要:简要论述二氧化锆与新型陶瓷材料相关的物理化学性质,并对其在电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等方面的应用作简要介绍,指出了二氧化锆产品必须朝高纯、超微细、复合和溶胶方向发展的趋势。
关键词:二氧化锆;性质;用途;发展方向中图分类号:TQ134.1+2 文献标识码:A 文章编号:1006-4990(2000)01-0018-03二氧化锆(ZrO2)是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。
随着电子和新材料工业的发展,ZrO2除传统应用于耐火材料和陶瓷颜料外,其在电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等高科技领域的应用引起广大学者的重视,成为当今研究开发的热门课题之一。
本文主要就其性质、用途及其发展趋势作简要论述。
1 二氧化锆的物理化学性质[1～4]1.1 物理性质二氧化锆具有熔点和沸点高、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。
二氧化锆有3种晶型,属多晶相转化的氧化物。
稳定的低温相为单斜晶结构(m-ZrO2),高于1000℃时四方晶相(t-ZrO2)逐渐形成,直至2370℃只存在四方晶相,高于2370℃至熔点温度则为立方晶相(c-ZrO2)。
ZrO2在加热升温过程中伴随着体积收缩,而在冷却过程中则体积膨胀。
因此在使用时为使其不发生体积变化,必须进行晶型稳定化处理。
常用的稳定剂有Y2O3、CaO、MgO、CeO2和其它稀土氧化物。
这些氧化物的阳离子半径与Zr4+相近(相差在12%以内),它们在ZrO2中的溶解度很大,可以和ZrO2形成单斜、四方和立方等晶型的置换型固溶体。
这种固溶体可以通过快冷避免共析分解,以亚稳态保持到室温。
快冷得到的立方固溶体保持稳定,不再发生相变,没有体积变化,这种ZrO2称为全稳定ZrO2,写为FSZ(FullyStabilizedZirconia)。
基于ZrO2晶型转变的特征条件和不同类型稳定剂的作用,通常稳定剂Y2O3、CaO、MgO、CeO2的有效加入量(摩尔分数)分别为7%～14%,15%～29%,16%～26%,>13%。
二氧化锆的制备及其性能检测
摘要本文简要介绍目前二氧化锆的制备方法（共沉淀法、溶胶—凝胶法、喷雾热解法、金属有机物水解法、水热法、反向胶团法等），主要以水热法为例,详细介绍其制备过程及步骤，并检测制得二氧化锆的各项性能（红外、XRD)。
本文采用水热法制备氧化钇稳定氧化锆（YSZ ）纳米粉术，以Zr 4+和Y 3+的氢氧化物为热前驱体，氢氧化钾和碳酸钾作矿化剂，研究水热处理温度、PH 值和矿化剂浓度对水热合成纳米氧化锆晶型结构的影响。
实验的各项性能结果表明:高的反应温度有利于立方氧化锆的生成,矿化剂的加入对合成产物晶化度和晶粒大小有显著的影响，体系pH 值会影响水热前驱体的结构,进而影响水热合成纳米氧化锆的晶型.在Y 2O 3 掺杂量比较大的时候,PH 值的变化对氧化锆晶型的影响不明显，晶型由掺杂量决定。
在本文中还附有二氧化锆制备步骤及其性能检测的各种实验数据，用到的实验仪器，可操作性强，从而为制备粒度和晶型可控的纳米二氧化锆粉末提供实验依据.关键词： 二氧化锆 制备方法 水热法 性能检测Title Preparation and properties of zirconium dioxide detectionAbstractThis paper introduces the preparation methods of the present zirconia（Coprecipitation、Sol - gel method、Spray pyrolysis、Hydrolysis of metal organic、Hydrothermal、Reverse micelles and so on）. Case Study of the main hydrothermal. Details of their preparation process and steps，and detection system was the performance of zirconia （XRD). In this paper, hydrothermal yttria stabilized zirconia nano—powder technique to Zr4+ and Y3+in the hydroxide precursor for the heat，potassium hydroxide and potassium carbonate as a mineralizer of hydrothermal treatment temperature，PH value and mineralizer concentration on the hydrothermal synthesis of nano-zirconia crystal structure。
氧化锆
材研1009班 材研1009班 孟晓明
主要内容
1 ZrO2的晶体结构及晶型转变 ZrO2的晶体结构及晶型转变 2 稳定ZrO2的晶型转变 稳定ZrO2的晶型转变 ZrO2 3 ZrO2相变增韧 ZrO2相变增韧
1.1氧化锆的晶体结构及晶型转变 1.1氧化锆的晶体结构及晶型转1.2萤石结构
在萤石结构中为了形成 稳定的八配面体结构， 稳定的八配面体结构， 晶体中的阳离子半径与 阴离子半径的比值应大 0.732， 于0.732，而锆氧离子半 径比为0.564。 径比为0.564。
在低温下锆离子趋向于形成配位数 小于8 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 Zr只能在高温下借助于晶格的震动平 衡才能稳定存在。
四方相转变为单斜相时 体积膨胀导致的微裂纹, 体积膨胀导致的微裂纹, 能在裂纹扩展过程中吸 收能量， 收能量，起到提高断裂 韧性的作用。 韧性的作用。
Thank you!
2 稳定氧化锆的晶转变
在ZrO2参杂一定量的MgO、CaO、 ZrO2参杂一定量的 参杂一定量的MgO、CaO、 Y2O3等 可以使其稳定在立方晶型。 Y2O3等，可以使其稳定在立方晶型。
2ZrO2 Y2O3 ..
' 2YZr
3OO
VO
稳定机理：分布在ZrO2体内锆离子周围的空 位降低了局部氧氧之间的排斥力，使配位 层产生较大的畸变，而且释放了部分层间 应力，促进了四方和立方ZrO2的稳定。
增韧机理：含有部分t 增韧机理：含有部分tZrO2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 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。
【精品文章】简析氧化锆晶型及其稳定化处理
6-30 热膨胀系数/10-6K-1 906-10.4 - 热导率/4.186W·cm-1·K-1 2-3.3 - 参考资料： 1、先进结构陶瓷及其复合材料，尹衍升等著 2、ZrO2 陶瓷结构及增韧机理研究，武丽华等著 备注： 马氏体定义：马氏体是原子经无需扩散的集体协同位移的晶格改组过 程，得到的具有严格晶体学关系和惯习面的，形成相中伴生极高密度位 错，或层错或精细孪晶等晶体缺陷的整合组织。 马氏体相变：原子经无需扩散的集体协同位移，晶型晶格改组，得到高 密度位错等亚结构的马氏体组织，这种形核-长大的一级相变，成为马氏体 相变。 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
ZrO2 相作为增韧相分散到其它陶瓷基体，如 ZTA。 其中 TZP 是 ZTC 材料中室温力学性能最高的一种材料，其力学性能见下 表 2 所述。TZP 中又以 Y2O3 作为稳定剂的 Y-TZP 应用最为广泛。稳定剂 Y2O3 的含量在 1.75%-3.5% （摩尔分数）范围变化。典型的 TZP 材料微观 结构为粒径为 0.5-2μm 的等轴晶组成的均匀组织。当原料中含有异类组分 （SiO2）时，在界面上往往存在由异类组分和 Y2O3 组成的玻璃相。 项 目 Y-TZP Ce-TZP 稳定剂/%（摩尔分数） 2-3 12-15 显微硬度/GPa 10-12 7-10 杨氏模量/GPa 140-200 140-200 抗弯强度/MPa 800-1300 500-800 断裂韧性/MPa·m1/2 6-15
简析氧化锆晶型及其稳定化处理
对于陶瓷材料而言，其晶型结构与其物化性质及应用有着很大关系。 因此，本文将为大家简单剖析氧化锆的晶型结构。 1、氧化锆晶型有三种 纯的氧化锆在常压下有三种晶型：从低温到高温依次为单斜、四方和立 方。其密度分别为：单斜型 5.65g/cm3，四方型 6.10g/cm3，立方型 6.27g/cm3。 具体温度、密度与晶型的关系见下图 1。可见温度越高，密度越大。因 此，在同样质量下，温度越低，体积越大。 图 1 氧化锆晶型及转换温度与相应密度 下图为氧化锆的三种晶型图示，从左到右分别是：a 立方晶；b 四方晶； c 单斜晶。具体晶格常数详见本文下方备注参考文献。 图 2 氧化锆的三种晶型及相应的空间群 2、氧化锆的稳定化处理 当 ZrO2 从高温冷却到室温要经历 c→t→m 的同质异构转变，其中由 t-m 相变过程要产生约 7%的体积膨胀，加热至 1170℃时 m-ZrO2 转变为 tZrO2，这种转变过程则发生体积收缩，这种 t 相和 m 相之间的相变称为 ZrO2 的马氏体相变，马氏体相变时发生的体积变化，使得 ZrO2 的增韧效 果得以实现。氧化锆的热膨胀曲线及差热曲线见下图 3 所示。 图 3ZrO2 的热膨胀曲线及 ZrO2 的差热曲线 在正常压力温度之下，二氧化锆的稳定晶体为单斜晶体，而 ZrO2 由单斜 相向四方相的晶型的转变有 7%-9%的体积变化，所以未经稳定化处理的
二氧化锆和氧化锆
二氧化锆和氧化锆引言：二氧化锆和氧化锆是两种常见的化合物，它们在材料科学、医疗器械和核工业等领域有着广泛的应用。
本文将分别介绍二氧化锆和氧化锆的性质、制备方法、应用以及相关的发展趋势。
一、二氧化锆1. 性质二氧化锆（ZrO2）是一种白色结晶固体，具有高熔点、高热稳定性和良好的电子绝缘性。
它的晶体结构可以分为单斜和立方两种形式，其中立方相是最稳定的形式。
2. 制备方法二氧化锆可以通过多种方法制备，其中最常见的是热分解法和溶胶-凝胶法。
热分解法是将锆化合物在高温下分解生成二氧化锆，而溶胶-凝胶法是通过将锆盐与溶剂混合形成溶胶，然后通过热处理使其凝胶并形成二氧化锆。
3. 应用由于其高熔点和高热稳定性，二氧化锆被广泛应用于高温陶瓷材料领域，如耐火材料、熔融坩埚和高温涂层等。
此外，二氧化锆还可以作为催化剂、电解质和核燃料包覆材料等方面的应用。
4. 发展趋势二氧化锆的应用前景非常广阔。
随着科技的发展，人们对于高温陶瓷材料的需求越来越大，而二氧化锆作为一种优秀的高温材料，将会在此领域发挥重要作用。
此外，随着人们对于环境友好材料的需求增加，二氧化锆在催化剂和电解质领域也有着广阔的应用前景。
二、氧化锆1. 性质氧化锆（ZrO）是一种无色结晶固体，具有良好的导电性和热稳定性。
它的晶体结构与二氧化锆相似，也可以分为单斜和立方两种形式。
2. 制备方法氧化锆的制备方法多样，常见的有热分解法和溶液法。
热分解法和二氧化锆的制备方法相似，通过高温下将锆化合物分解生成氧化锆。
溶液法是将锆盐与溶剂混合形成溶液，然后通过沉淀、过滤和热处理等步骤得到氧化锆。
3. 应用氧化锆具有优异的导电性和热稳定性，因此被广泛应用于电子器件、陶瓷领域和材料科学等方面。
在电子器件中，氧化锆可以作为电解质、电极材料和固体氧化物燃料电池等方面的应用。
在陶瓷领域，氧化锆可以用于制作陶瓷材料和瓷器。
在材料科学中，氧化锆可以作为催化剂和传感器等方面的应用。
4. 发展趋势随着科技的进步，氧化锆的应用前景广阔。
氧化锆(zro2)及其相关相图
氧化锆宝石材料
氧化锆宝石材料分为天然立方氧化锆和人工合成立方氧化锆两种。 硬度高、光学性能良好
耐火材料
定径水口定性和热稳定性
催化剂载体
例如Cu/ZrO2催化剂在醇类的水蒸气重整制氢、CO/CO2加氢合成低碳醇等反应中起到十分巨大的作用。
同时具有酸、碱性及氧化、还原性，而且又是半导体，易产生空穴，可与活性组分产 生较强的互相作用，能提供大的比表面而使活性组分高度分散。
氧化锆纤维
氧化锆纤维
氧化锆纤维毡
熔点高、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、热传导率低
PART
THREE
氧化锆的相图
ZrO2-CaO系统相图
图中的立方ss、四方ss、单斜ss分别表示立方ZrO2固溶体、四方ZrO2固溶体、单斜ZrO2固溶体。
ZrO2-Y2O3系统相图
ZrO2-Al2O3系统相图
ZrO2-SiO2系统相图
氧化锆（ZrO2） 及其相关相图
by第七小组
01
结构&性能 应用
CONTENTS
目录
02 03
相图
PART
ONE
氧化锆的结构&性能
三大晶型结构
单斜晶系
四方晶型
立方晶型
氧化锆低温时为单斜晶系，高温时形成四方晶型，更高温时形成立方晶型。这三者之间的转 变温度受杂质影响很大，因此很难确定。
多晶转变中常见的滞后现象
ZrO2的热膨胀曲线图
ZrO2的差热曲线
氧化锆的性能之物理性能
通常状况下为白色重质（相对密度5.85）无定形粉末，是一种无臭无味晶体。
溶于2份硫酸和1份水的混合液中，微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几乎 不溶于水。
熔点高（熔点2680 ℃）、电阻率高、折射率高（折光率2.2）和热膨胀系数 低。沸点4300 ℃，硬度次于金刚石。
二氧化锆的稳定性及其应用
二氧化锆具有良好的热稳定性及化学稳定性， 优良的高温导电性及较高的高温强度和韧性，良好 的稳定性和抗腐蚀性，是目前发展迅速的特种陶瓷 的重要原料。可用于生产高温结构陶瓷、电子陶瓷 和生物陶瓷等。近些年来，随着科学技术的发展， 特别是电子技术、空间技术和计算机技术的发展， 一些特殊性能的陶瓷材料应运而生，并得以迅速发 展。氧化锆陶瓷即为其中非常重要的一种。
ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ ｍｅｔｈｏｄ
烷氧化合物加水分解法工艺流程如图 ６ 所示。 这种方法在锆和稳定剂苯、异丙醇等有机溶剂的溶
３．３ 中和共沉淀法
中和共沉淀法是将碱溶液加入到稳定剂的可溶 盐与锆盐的混合溶液中，形成共沉淀，通过过滤、 干燥、煅烧得到稳定型二氧化锆粉体。此方法能使 稳定剂均一地分散于二氧化锆微粉中，如能找到合 适的分散剂，则可克服粉末易团聚的缺点。工艺流
沫陶瓷可用于高温合金的过滤。在连续铸钢生产 中，用泡沫陶瓷过滤钢水，取得了良好的净化效 果，能有效去除非金属夹杂［ ６ ］ 。
状为球形、粉体单分散性能优异的 ＺｒＯ（２ Ｙ２Ｏ３）粉 体， 并能控制粉体粒子大小及形状。但生产能力
（ ２） 由于稳定型二氧化锆抗腐蚀、抗热震性 能好，在氧化气氛中十分稳定，还原气氛中也相
熔法和二次电熔法 ２ 种［３］。 一次电熔法是将锆英石、碳粉和稳定剂按一定
斜相向四方相转变时，会使体积收缩 ５％，而当温 的配比，放入混料机中充分混合，混合料经电弧炉
度降低由四方相向单斜相转变时会使体积膨胀 ８％， 电熔脱硅处理，骤冷，再经破碎、热处理后便可制
存在的 ３ 种相结构，其热膨胀是不一样的。
小， 制备周期长， 工艺条件苛刻， 需要昂贵的金 当稳定。因而可用做特种耐火材料铸口，用做熔
程如图 ４ 所示。
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和应用一、本文概述本文旨在深入探讨二氧化锆陶瓷的相变增韧机理及其在多个领域的应用。
作为一种重要的工程材料，二氧化锆陶瓷因其出色的物理和化学性质，如高硬度、高耐磨性、良好的化学稳定性和生物相容性等，在航空航天、机械、电子、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。
然而，其脆性大的特点限制了其在某些领域的应用。
为了解决这个问题，科研工作者们发现，通过控制二氧化锆陶瓷中的相变过程，可以有效地提高其韧性，这就是所谓的相变增韧机理。
本文将首先介绍二氧化锆陶瓷的基本性质，包括其晶体结构、物理和化学性质等。
然后，将重点阐述相变增韧机理，包括其原理、影响因素以及实现方法。
在此基础上，本文将进一步探讨二氧化锆陶瓷在航空航天、机械、电子、生物医疗等领域的应用，以及在这些应用中如何利用相变增韧机理来提高其性能。
本文还将对二氧化锆陶瓷的未来发展趋势进行展望，以期为其在更多领域的应用提供理论支持和实践指导。
二、二氧化锆陶瓷的基本性质二氧化锆（ZrO₂）陶瓷是一种具有独特物理和化学性质的先进陶瓷材料。
它的主要特点包括高强度、高硬度、高耐磨性、高化学稳定性以及优异的隔热性能。
二氧化锆陶瓷还具有一种特殊的性质，即其在一定条件下可以发生相变，这种性质为二氧化锆陶瓷的增韧提供了可能。
在常温下，二氧化锆陶瓷主要以单斜晶相（m-ZrO₂）存在，这种晶相具有较高的稳定性。
然而，当受到外部应力或温度升高的影响时，部分单斜晶相二氧化锆会转变为四方晶相（t-ZrO₂）。
这种相变过程中，二氧化锆的体积会发生变化，产生微小的应力场，这些应力场可以吸收并分散外部施加的应力，从而阻止裂纹的扩展，提高陶瓷的韧性。
除了相变增韧外，二氧化锆陶瓷还可以通过添加稳定剂（如氧化钇、氧化钙等）来稳定其四方晶相，使其在室温下就能保持较高的韧性。
这种稳定化处理不仅可以提高二氧化锆陶瓷的力学性能，还可以扩大其应用范围。
二氧化锆陶瓷的基本性质为其在增韧机制和实际应用中提供了重要的基础。
氧化锆
Zro2是特种陶瓷的重要原料。
由于其单斜型与四方型之间的晶型转变伴有显著的体积变化，造成Zro2制品在烧成过 程中容易断裂，生产上需采取稳定措施。通常是加入适量Cao或Y2O2，在1500 ℃以上， 四方Zro2可以与稳定剂形成立方晶型的固溶体。在冷却过程中，这种固溶体不会发生晶型 转变，没有体积效应，因而可以避免Zro2制品的开裂。这种经稳定处理的Zro2称为稳定化 立体Zro2。
Zro 系统
2
李玉忠 张艾飞
Zro2系统
如上图所示，zro2相图比sio2相图要简单得多，这是由zro2系统中出现的多晶现象和介 稳状态不像sio2系统那样复杂。
Zro2有三种晶型：单斜zro2、四方zro2和立体zro2。
单斜zro
约1200℃ 2 约11000℃
四方Zro
约2370℃
2
立体Zro
Zro2的熔点固体点解质， 利用其导氧、导电的性能可以制备氧敏传感器元件；此外，利用Zro2发生晶型转变时的体 积变化可对陶瓷材料进行相变增韧。
2
单斜Zro2加热到1200℃时转变为四方Zro2，这个转变速率很快，并伴随7%~9%的体 积收缩。但在冷却过程中，四方Zro2往往不在1200℃转变成单斜Zro2，而在1000℃左右 转变，即从相图上虚线表示的介稳态的四方Zro2转变成稳定态的单斜Zro2。这种滞后现象 在多晶转变中是经常可以观察到的。
090910-12制备条件对ZrO_2晶型的影响_四方ZrO_2生成条件考察
制备条件对ZrO 2晶型的影响———四方ZrO 2生成条件考察韦 薇(云南楚雄师范专科学校 楚雄675000)摘要:用X 射线粉末衍射仪考察了从ZrCl 4和ZrOCl 2・8H 2O 出发,经过不同的处理,制备出不同晶型的ZrO 2。
讨论了影响四方ZrO 2生成的实验条件。
结果表明:ZrCl 4在空气中水解并热分解后能得到四方ZrO 2,其最佳焙烧温度为320～350℃,该温度下焙烧制得的四方ZrO 2颗粒大小为300×10-10m ,比表面为9912m 2/g 。
焙烧温度更高时,四方ZrO 2逐渐晶化为单斜ZrO 2。
ZrCl 4和ZrOCl 2・8H 2O 氨解后得到的Zr (OH )4在高温焙烧过程中Cl -,OH -,NH +4等杂质离子的存在不利于四方ZrO 2的生成。
而Fe (NO 3)3・9H 2O ,Ni (NO 3)2・6H 2O 等浸渍盐的存在和混合γ2Al 2O 3载体,水解、焙烧后极大地有利于四方ZrO 2形成。
关键词:四方ZrO 2;单斜ZrO 2;生成条件中图分类号:O641 文献标识码:A 文章编号:100129219(1999)06207205收稿日期:19992042280 前言ZrO 2作为一种新型的载体,与Al 2O 3、MgO 、ZrO 、SiO 2、TiO 2相比,有很高的化学稳定性和独特的性能[1]。
ZrO 2有单斜、四方、立方3种晶型,其中单斜晶型为常温稳定型。
众所周知,单斜ZrO 2具有比表面小,经高温焙烧后比表面更小的特点,以致于实际中难以应用。
而作为负载型催化剂,却又需要高比表面和适宜的孔结构。
文献曾报道过用氢氧化物作载体浸上活性组分后焙烧所得催化剂比表面往往明显大于用传统方法(预先把氢氧化物灼烧成氧化物再进行浸渍)制得的催化剂[2],如负载型NiO/ZrO 2催化剂中,经测定,ZrO 2的晶型为四方型时,其比表面具有较大值[3]。
氧化锆摩尔质量
氧化锆摩尔质量
氧化锆，也被称为二氧化锆，化学式为ZrO₂。
它是一种白色无臭无味的晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。
它的化学性质相当稳定，并具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质。
这使得氧化锆在许多领域都有广泛的应用，如作为耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂等。
摩尔质量是物质的一种基本性质，其数值等于该物质的相对分子质量或相对原子质量。
对于氧化锆（ZrO₂）来说，其摩尔质量可以通过将锆（Zr）和氧（O）的相对原子质量相加再乘以各自的原子数来得到。
锆的相对原子质量约为91.22，而氧的相对原子质量约为16。
因此，氧化锆的摩尔质量计算为：(91.22 + 16 x 2) g/mol，即约为123.22 g/mol。
但请注意，这只是一个近似值，实际值可能会有所不同。
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淡红色 红色 紫色 金黄色 蓝色
橘红色 蓝色
Cr2O3 0．01～0．05 Cr2O3 1～3 TiO2 0.5，Cr2O3 0．1 Fe2O3 0. 5 NiO 0.5，Cr2O3 0.01～0.05 CoO 0.01～0.54
Cr2O3 0．05 不添加，氧气不足
固溶体的研究方法
超导材料的基本特征
有临界温度Tc
上限临界磁场 临界电流密度
H C2
超导材料只有在这些临界值以下的状态 才显示超导性。故临界值愈高，使用愈 方便；利用价值愈高。
部分材料的Tc和 H C2
物质
临界温度／K
临界磁场 ／(106A／m)
Nb
Nb2Al Nb3Ge Nb3Al0.95Be0.05
一、固溶体生成型式的大略估计 二、固溶体类型的实验判别
一、固溶体生成型式的大略估 计
生成间隙固溶体比置 换固溶体困难
尺寸因素 间隙位置
在NaCl型结构中，因为只有四面体空隙 是空的，而金属离子尺寸又比较大，所 以不易形成间隙型固溶体，这种在结构 上只有四面体空隙是空的，可以基本上 排除生成间隙型固溶体的可能性。
4.2 固溶体的性质
一、活化晶格，促进烧结 二、稳定晶型 三、催化剂 四、固溶体的电性能 五、透明陶瓷及人造宝石
氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷分为高纯型与普通型两种。 高纯型氧化铝陶瓷系 Al2O3含量在99．9%以上的陶瓷材料，由于
其烧结温度高达1650—1990℃，透射波长为 1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚； 利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯 管；在电子工业中可用作集成电路基板与高 频绝缘材料。
σ=n eμ
Μ电子迁移率
热等加压技术
在纯Al2O3 中添加0．3％～0．5％的 MgO，氢气氛下，1750℃左右烧成得到 透明Al2O3陶瓷。
人造宝石
宝石名称 基 体
颜色
着 色 剂／％
淡红宝石 红宝石 紫罗蓝宝石 黄玉宝石 海蓝宝石 (蓝晶) 橘红钍宝石 蓝钛宝石
A12O3 A12O3 A12O3 A12O3 Mg(AlO 2)2
9．2 18．9 23．2 19．6
2．0 32 ---
物质
临界温度／K 临界磁场 ／(106A／m)
Nb3Al0．8Ge0．2 Pb
BaPb0．7Bi0．8O3
20．7 7．2
13
41 0．8
---
2 压电陶瓷
PbTiO3
铁电体
PbZrO3
反铁电体 锆钛酸铅
生成连续固溶体Pb(ZrxTi1-x)O3，x=0～1。
高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击， 在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急 剧加热，也不会碎裂。
制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性 模具等机械构件。如果用耐高温而且不易传 热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面， 不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且 能够提高热效率。我国及美国、日本等国家 都已研制出了这种柴油机。
普通型氧化铝陶瓷
普 瓷 量通 、 在98型50氧%瓷化或、铝7950陶%瓷瓷者、系也85按划瓷A为等l2普O品3通含种氧量，化不有铝同时陶分Al2瓷为O系39含9 列。
其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐 火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷 密封件及水阀片等；95氧化铝瓷主要用作耐 腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑 石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、 钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。
陶瓷切割片
活化晶格，促进烧结
Al2O3陶瓷是使用非常广泛 的一种陶瓷，其熔点高达 2050℃，很难烧结。 加入3％Cr2O3形成置换型固 溶体，可在1860℃烧结； 加入1％～2％TiO2，形成缺 位固溶体，只需在1600℃ 即可烧结致密化。
氮化硅(Si3N4)
一种重要的结构陶瓷材料。它是一种超硬物 质，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子 晶体；
很高的机械强度。
二、稳定晶型
氧化锆(ZrO2)
自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英 石。锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、 棕黄、黄绿等，比重4.6—4.7，硬度7.5，具有 强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料
白色重质无定形粉末或结晶。一般常含有少量二氧化 铪，与碳酸钠共熔生成锆酸钠，锆酸钠遇水能水解成氢 氧化钠和几乎不溶于水的氢氧化锆。溶于2份硫酸和1份 水的混合液中，微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几 乎不溶于水。相对密度5.85。熔点2680℃，耐火度为 2200℃。沸点4300℃。折光率2.2。
斜锆石
锆英石
结构
二氧化锆有3种晶型，属于多晶相转化 物。稳定的低温相为单斜相；高于 1000°时，四方相逐渐形成；高于 2370°时，转变为立方晶相。
绝缘垫片
ZrO2在1000℃左右由单斜晶型变成四方 晶型，伴随较大体积收缩，（7％～9 ％)，且转化迅速，可逆，从而导致制 品烧结时开裂。
加热件
轴承
Si3N4
结构 正八面体的两个顶是Si，四个N就是八
面体的中间平面的4个点，然后以这四 个N产生的平面的中心，就是最后第三 个Si了。一定要确认每个Si都连着四个 N，每个N都连着3个硅，N-N之间没有 连接
Si3N4为共价化合物，很难烧结。
然而β-Si3N4与Al2O3在1700℃可以固溶形成 置换固溶体，即生成Si6-0.5xAl0.67xN8-x， 晶胞中被氧取代的数目最大值为6，此材 料即为塞龙材料，其烧结性能好，且具有
加入稳定剂，加入CaO在1600～1800℃ 处理，这样即可生成稳定的立方氧化锆 固溶体。
催化剂
使用贵重金属
氧化物作催化剂
价格昂贵 消除还原性气体
故用锶、镧、锰、钴、铁等的氧化物间形成的 固溶体消除有害气体很有效。
1 超导材料
所谓超导体：冷却到0K附近时，其电阻变为 零，在超导状态下导体内的损耗或发热都为 零，故能通过大电流。
在斜方铁电体和四方铁电体的边界组成 P从为bP而(ZZ得rT0，.5到4烧T了i0结.优46性)于O能3纯压好P电b。T件iO能3和、P介bZ电rO常3的数压都电达陶到瓷最大,成值，
在不等价的取代中，绝缘体变成半导体， 甚至导体，而且它们的导电性能是与杂质 缺陷浓度成正比的。
向ZrO2添加Y2O3