无机材料物理性能总结

关于氧化锆的总结

一氧化锆(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。相对分子质量123.22

二氧化锆的物理性质

白色重质无定形粉末或单斜结晶。无臭。无味。在1100℃以上形成四方晶体，在1900℃以上形成立方晶体。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。有刺激性。储存桶装密封保存。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。氧化锆熔点2700℃，莫氏硬度7，有两种变体，1000℃以下为单斜晶系(密度5．68g/cm3)，1000℃时生成四方晶系(密度6．10g/cm3)，此晶型转变为可逆转变，冷却过程中晶型转化时伴有7%的体积膨胀，可导致制品开裂。加入稳定剂与Zr02生成立方晶系固溶体，可消除由上述晶型转化带来的体积膨胀。氧化锆热导率低(1000℃，2．09W/(m·K))，线膨胀系数大(25～1500℃9．4×10-6/℃)，高温结构强度高，1000℃时耐压强度可达1200～1400MPa。导电性好，具有负的电阻温度系数，电阻率1000℃时104Ω·cm，1700℃时6～7Ω·cm。

三氧化锆的化学性质

氧化锆的化学性质十分稳定。不溶于水、盐酸和稀硫酸，溶于热浓氢氟酸、硝酸和硫酸。与碱共熔可生成相应的锆酸盐。具有良好的热化学稳定性,高温导电性和较高的高温强度和韧性,也具有良好的机械、热学、电学、光学性质。化学稳定性好，2000℃以下对多种熔融金属、硅酸盐、玻璃等不起作用。苛性碱、碳酸盐和各种酸(浓硫酸和氢氟酸除外)的溶液与氧化锆不起作用。

四氧化锆的特性

在常压下纯ZrO2共有三种晶态：单斜（Monoclinic）氧化锆（m-ZrO2）、四方（Tetragonal）氧化锆（t-ZrO2）和立方（Cubic）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：

温度密度

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

上述三种晶态具有不同的理化特性，在实际应用为获得所需要的晶形和使用性能，通常加入不同类型的稳定剂制成不同类型的氧化锆陶瓷，如部分稳定氧化锆（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。由亚稳的t- ZrO2组成的四方氧化锆称之为四方氧化锆多晶体陶瓷（tetragonal zirconia polycrystal，TZP）。当加入的稳定剂是Y2O3 、CeO2，则分别表示为Y-TZP、Ce-TZP等。

五氧化锆的研究进展

（1）超细氧化锆

具有耐热、耐光、耐化学腐蚀的特性, 是一种重要的无机颜料。并且具有磁性和高的硬度, 可用作磁性材料或者磁记录材料等的研磨剂。作为复合固体推进剂中一种常用的速燃催化剂, 超细氧化铬的粒径越小其催化效率也越高。氧化铬还可以用作有机合成催化剂。

（2）ZrO2 晶须增强多孔ZrO2 陶瓷基复合材料

随着航空航天技术的发展，飞行器热结构用轻质隔热材料日益受到关注。在轻质、耐高温、抗热震、热化学稳定性好的前提条件下，要求轻质隔热材料具有一定的强度。ZrO2 具有优良的热学、机械、光学和电学等性质，广泛应用于隔热防护、刀具、发动机部件和燃料电池等领域。

（3）耐火材料（透气砖）

透气砖是一种高寿命节能降耗新产品，结构设计合理，具有良好的热稳定性、抗冲

性、耐侵蚀性、和抗渗透性，具吹通率高，操作安全可靠，使用寿命长

等特点。狭透气砖的材料研究主要集中在刚玉－尖晶石体系和刚玉－氧化铬体系。

（4）氧化锆结构陶瓷

ZrO2增韧陶瓷具有高韧性、高抗弯强度、高硬度和耐磨性等特点，更显示出应用的广泛性。它在机械、电子、石油、化工、航天、纺织、精密测量仪器、精密机床、生物工程和医疗器械等行业有着广泛的应用前景,部分稳定氧化锆具有高的硬度和耐磨性，所以氧化锆在磨具领域中有着广泛的应用：如球磨球和球磨机内部衬里和耐磨部件，拉丝模等。我国关于韧性陶瓷在磨介领域占一半以上，而其中氧化锆球占绝对优势。

（5）光纤接插件和光纤跳接线

用陶瓷制作的光纤连接器与光纤跳接线是光纤网路中应用面最广并且需求量最大的光无源器件。单模多模活动光纤连接器中核心零件,其中主要部件—二氧化锆陶瓷套管（即连接器精密针），它所用的材料就是氧化钇 Y2O3 稳定的四方氧化锆粉末。其主要用途有：氧化锆陶瓷轴承、氧化锆陶瓷阀门、氧化锆研磨材料。

（6）氧化锆功能陶瓷

氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、不会与食物发生反应的特点，同时刀体光泽如玉，是当今世界理想的高科技绿色刀具。

（7）氧化锆高温发热材料。

氧化锆在常温下为绝缘材料，比电阻高达1015Ω·cm，温度升高至600℃可以导电，而在1000℃以上时是良导体，可作1800℃高温发热元件，最高工作温度可以达到2400℃，目前已经被成功地用于2000℃以上氧化气氛下的发热元件及其设备中，磁流体发电的电极材料也在积极的研究之中。

（8）氧化锆功能陶瓷

氧化锆生物陶瓷材料：氧化锆材质的烤瓷牙由于没有金属内冠层，牙齿透明度好，光泽度极佳，更有效避免了牙齿过敏和牙龈黑线等问题，具有足够好的遮色能力，能够完美解决重度四环素牙患者的牙齿美容需求，而且氧化锆材质的强韧性弥补了普通烤瓷牙易蹦缺的缺点，生物相容性好，不