氧化锆陶瓷应用及制备技术课件
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氧化锆陶瓷性能专题培训课件
Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.
二、氧化锆陶瓷的重要性能和机理
1、熔点 氧化锆的熔点为2715℃，较高的熔点以及化学惰性 使氧化锆可作为较好的耐火材料。
氧化锆耐火砖
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应力作用图
三、氧化锆陶瓷应用对比与思考
1、氧化锆齿科应用
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牙科氧化锆加工历史进程
软质到硬质
or
硬质到软质
？
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5、Y-TZP Y-TZP为钇稳定四方氧 化锆陶瓷。ZrO2中掺杂 2%-3%（摩尔分数）的 Y2O3，抑制了氧化锆陶 瓷在室温下向单斜相的 转变，并且相对稳定地 保持四方相的形态。
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氧化锆坩埚
2、硬度大、耐磨性好 由于氧化锆陶瓷具有较大的强度和较好的耐磨性，
所以其在冷成型工具、拉丝模等方面有所应用。
氧化锆陶瓷刀
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氧化锆拉丝模
3、强度大、韧性大 氧化锆陶瓷具有的较大的强度（可达1500MPa），虽
？ 为什么不一样
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二、氧化锆陶瓷的重要性能和机理
1、熔点 氧化锆的熔点为2715℃，较高的熔点以及化学惰性 使氧化锆可作为较好的耐火材料。
氧化锆耐火砖
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应力作用图
三、氧化锆陶瓷应用对比与思考
1、氧化锆齿科应用
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牙科氧化锆加工历史进程
软质到硬质
or
硬质到软质
？
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5、Y-TZP Y-TZP为钇稳定四方氧 化锆陶瓷。ZrO2中掺杂 2%-3%（摩尔分数）的 Y2O3，抑制了氧化锆陶 瓷在室温下向单斜相的 转变，并且相对稳定地 保持四方相的形态。
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氧化锆坩埚
2、硬度大、耐磨性好 由于氧化锆陶瓷具有较大的强度和较好的耐磨性，
所以其在冷成型工具、拉丝模等方面有所应用。
氧化锆陶瓷刀
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氧化锆拉丝模
3、强度大、韧性大 氧化锆陶瓷具有的较大的强度（可达1500MPa），虽
？ 为什么不一样
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2014纳米材料课件 陶瓷(ZrO2)
利用该方法可制得<20nm的含钇的稳定四方相ZrO2纳米粉，粉体 分散性能好，分布窄，但生产过程较复杂，成本也较高。
氧化锆陶瓷性质与应用
Y稳定的TZP陶瓷由于具有良好的性能，因此在很多领域都有广泛 的应用。 • 磨介：Y－TZP相对于锆珠、氧化铝球、玻璃球和钢球而言，其 耐磨性最好，目前正逐步取代其他磨介，在涂料等行业中广泛 应用。用量最大的就是磨球，国内主要有深圳南玻等厂商在生 产。工艺路线为干压和等静压成形工艺，以等静压工艺为主。 磨介市场非常广阔，虽然普通的磨球市场已经饱合，但是各种 研磨罐、搅拌磨中的磨盘和磨头等由于制备工艺相对复杂，仍 主要以国外产品为主。
• 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 缺点：硬度和强度偏低
ZrO2的结构与性能
ZrO2的晶体结构及晶型转变 ZrO2相变增韧
m-ZrO2：单斜晶系（＜1170℃）
ZrO2的结构
t- ZrO2：四方晶系（1170～2370 ℃） c-ZrO2：立方晶系（2370～2715 ℃）
萤石(fluori)结构
在萤石结构中为了形成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于0.732，而锆氧 离子半径比为0.564。
氧化锆: 坚如钢,白如雪!
• 个人用品：氧化锆陶瓷耐磨性好，硬度高，可以抛光且外观美观，因此 可 作为手表带、表壳及其他装饰部件。陶瓷表源于瑞士雷达表，后来国内有优 尼克、潮州三环和北京建材院下属公司等一些企业开始生产。目前主要生产 表带，以黑和白为主，蓝、金和红等其他颜色也已开发出来，制备工艺以热 压铸和干压为主。
氧化锆陶瓷的制备与应用
氧化锆陶瓷的制备与应用
1 ZrO2陶瓷的制备
氧化锆陶瓷是一种由氧化锆（ZrO2）为主要组分及其他微量陶瓷
原料经物理学及化学处理生产而成的新型复合功能材料，它有着优异
的性能：高强度高硬度、很低的温度漂移特性、抗腐蚀、导热性及电
绝缘性好等特点。
因此，氧化锆陶瓷在很多应用领域有着广泛的应用。
氧化锆陶瓷的制备是采用研磨、成型、烧结等步骤完成的。
研磨
是把采用粉末冶金或其他原料经过混合、研磨而形成质量稳定，微粒
度均匀的颗粒均匀分散的粉末；成型就是把粉末利用压力而使之成型；烧结就是把成型后的氧化锆陶瓷强制在高温均匀环境中进行烧结，从
而使材料的物理和机械性能达到较高的水平。
2 ZrO2陶瓷的应用
氧化锆陶瓷采用其各种物理性质的优异性，可以在医疗、军事、
航空航天、船舶制造、原子能行业等领域得到广泛的应用。
首先，氧化锆陶瓷结构紧密，抗高温性强，再加上其耐腐蚀性能，使它很适合用于制造军事设备；其次，它具有高热传导性能，因此它
可以用于火箭发动机部件制造；另外，氧化锆陶瓷具有非常高的抗环
境腐蚀性，也可以用于制造舰船制造；此外，它还可以用于制造发动
机腔内密封部件，以及医疗、电子等领域。
3 总结
氧化锆陶瓷具有高强度、很低的温度漂移特性、抗腐蚀、导热性及电绝缘性好等特点，其性能优异的特点，使它在很多应用领域得到广泛应用，典型的应用领域有：军事、航空航天、船舶制造、原子能行业等。
它的未来前景非常广阔和光明。
高性能氧化锆陶瓷.崔ppt
ZrO2 的晶体结构及性质
表1.1 ZrO2变体特征
晶系 晶体常数 比重
低温型 ZrO2
单斜
a0=5.194×10nm b0=5.206×10nm c0=5.308×10nm
β=80。48， 计算的比重 5.56 试验求出的平均比重 5.31
高温型 ZrO2
四方
a0=5.074×10nm c0=5.160×10nm
❖ ZrO2陶瓷的电性能随稳定剂的种类、含量和测试温 度 阻不高同达而10变15化Ω。·m纯。Z加rO入2是稳良定好剂的后绝，缘其体电，导常率温明比显电增 加。所以稳定ZrO2陶瓷，在高温下是离子导电陶瓷。
氧化锆陶瓷的应用
❖ 陶 的相断瓷变裂，增韧其韧性主Zr和要O抗是2陶弯利瓷强用是度Z一r，O种2使相极其变有具特发有性展优来前良提途的高的力陶新学瓷型性材结能料构， 低的导热系数和良好的抗热震性。
从图3曲线 可以得出， 当温度高于 550℃时，浸 出率可达到 最大值，即 反应基本完 全。
一、 ZrO2陶瓷的发展与研究现状
❖ 陶瓷材料虽然具有许多优越的特性，如高温力学 性能、抗化学侵蚀性能、电绝缘性能、较高的硬 度和耐磨性等。但由于其结构决定了陶瓷材料缺 乏像金属那样在受力状态下发生滑移引起塑性变 形的能力.陶瓷容易产生缺陷，存在裂纹，且易于 导致高度的应力集中，因而决定了陶瓷材料脆性 的本质.因此，各国学者都在高强度、高韧性陶瓷 领域进行了大量的研究。主要从两方面进行研究， 即提高其断裂韧性和塑性滑移系统。目前最有效 的途径是利用纤维（包括晶须）增强和利用ZrO2 相变增韧。但研究较多的，而且较有成效的是 ZrO2增韧陶瓷。
❖ 日本是中国氧氯化锆的主销市场，日本年期 求量约为3千吨，其生南及江苏省进口 产品，进口量逐年增大，仅河南省现在年出 口量约为l千吨。
最新二氧化锆陶瓷PPT课件
分享信念之二
每个人的压力来源：
社会
工作场所
个人
社会 缺乏这个、那个（朋友、机会等），如果我 早生十年我一样会成功！
工作场所
失去的比得到的多，没有得到和应得 的，并没有拥有和别人一样的能力。我 失去工作、机会、金钱、失去、失 去…………
个人
受到背景、学历、家庭、公司的限制， 我是限制的牺牲品。
——三大悲哀
c-ZrO2大晶粒 c相
稳定剂 适宜温度
t-ZrO2小晶粒 t相
• 形成t、c双相组织结构。 • 可保存到室温。 • 在外力下会诱发 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。
• 具有优良的高温热稳定性、低热导率、高强度 和韧性等优良的性能。
• 氧化锆(相变）增韧陶瓷(ZTC)
• 在不同陶瓷基体中加入一定量的 ZrO2 并使亚稳态 TZP均匀地分布在陶瓷基体中，利用氧化锆相变增 韧机制使陶瓷的韧性得到明显的改善。
• 具有优良的力学性能、低的导热系数和良好的抗 热震性。
四、氧化锆陶瓷在燃料电池上的应用
ZrO2 在功能陶瓷领 域的一个重要用途 是利用ZrO2作为固 体电解质来研制第 三代燃料电池—— 固体氧化物燃料电 池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)。
注意:
游戏过程不能出声，手必须背着不能乱比划 喊：1、2、3、一起出。
——别人怎么对待我，我就怎样对待别人。
如果对我热情，我也对你热情。 如果你敬我一尺，我也敬你一尺。 如果你对我不仁，那么就别怪我不义。
“斯格托玛”效应：
希腊文指黑暗。指失去了部分视野、盲点 这里用来说明一个人看不见或在选择性认知中 有失盲的现象。
每个人的压力来源：
社会
工作场所
个人
社会 缺乏这个、那个（朋友、机会等），如果我 早生十年我一样会成功！
工作场所
失去的比得到的多，没有得到和应得 的，并没有拥有和别人一样的能力。我 失去工作、机会、金钱、失去、失 去…………
个人
受到背景、学历、家庭、公司的限制， 我是限制的牺牲品。
——三大悲哀
c-ZrO2大晶粒 c相
稳定剂 适宜温度
t-ZrO2小晶粒 t相
• 形成t、c双相组织结构。 • 可保存到室温。 • 在外力下会诱发 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。
• 具有优良的高温热稳定性、低热导率、高强度 和韧性等优良的性能。
• 氧化锆(相变）增韧陶瓷(ZTC)
• 在不同陶瓷基体中加入一定量的 ZrO2 并使亚稳态 TZP均匀地分布在陶瓷基体中，利用氧化锆相变增 韧机制使陶瓷的韧性得到明显的改善。
• 具有优良的力学性能、低的导热系数和良好的抗 热震性。
四、氧化锆陶瓷在燃料电池上的应用
ZrO2 在功能陶瓷领 域的一个重要用途 是利用ZrO2作为固 体电解质来研制第 三代燃料电池—— 固体氧化物燃料电 池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)。
注意:
游戏过程不能出声，手必须背着不能乱比划 喊：1、2、3、一起出。
——别人怎么对待我，我就怎样对待别人。
如果对我热情，我也对你热情。 如果你敬我一尺，我也敬你一尺。 如果你对我不仁，那么就别怪我不义。
“斯格托玛”效应：
希腊文指黑暗。指失去了部分视野、盲点 这里用来说明一个人看不见或在选择性认知中 有失盲的现象。
《氧化锆陶瓷》PPT课件
• 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。
• 相变过程伴随有9 %的体积膨胀。此膨胀表现出强烈的各向异性，b轴方向的膨胀可以忽 略，实质的膨胀主要发生在a轴和c轴方向上，同时晶格常数发生突变。
NaOH溶液处理 ZrO2粉体
5. 气相沉积法
Zr(OC3H7)4粉体蒸汽 320-450 ℃热分解 ZrO2超
细粉
ZrO2陶瓷粉体制备
单纯ZrO2很难生产ZrO2陶瓷 原因：晶型转变体积变化制品开裂
途径：加入稳定剂 Y2O3 CaO MgO et al.,
无异常膨胀/收缩稳定c-/t-ZrO2(Y2O3 8mol%)
抗折强度~35MPa 3-4mol%)
Y2O3-PSZ (Y2O3
抗折强度~140MPa PSZ: Partially Stabilized Zirconia
良好ZrO2陶瓷
稳定剂的加入量
• Y2O3 ：2~40mol% • CaO：15~24mol% • MgO：16~20mol%
6. 部分稳定ZrO2粉体制备
p
(b)
图5-6 DTA分析中ln（β/Tp2）与1/Tp关系曲线：（a）t-ZrO2，（b）m-ZrO2
小结
•晶体结构、表面能及析晶活 化能三个方面均显示，低温 下纳米二氧化锆凝胶粉中的 亚稳t-ZrO2易先于m-ZrO2析 出并稳定存在
稳定的ZrO2
氧化锆的几个术语
• PSZ：部分稳定氧化锆，又叫陶瓷钢 • TZP：四方多晶氧化锆 • Y-TZP：掺Y2O3稳定剂的四方多晶氧化锆
• 相变材料出现表面凸起。
• 相变过程伴随有9 %的体积膨胀。此膨胀表现出强烈的各向异性，b轴方向的膨胀可以忽 略，实质的膨胀主要发生在a轴和c轴方向上，同时晶格常数发生突变。
NaOH溶液处理 ZrO2粉体
5. 气相沉积法
Zr(OC3H7)4粉体蒸汽 320-450 ℃热分解 ZrO2超
细粉
ZrO2陶瓷粉体制备
单纯ZrO2很难生产ZrO2陶瓷 原因：晶型转变体积变化制品开裂
途径：加入稳定剂 Y2O3 CaO MgO et al.,
无异常膨胀/收缩稳定c-/t-ZrO2(Y2O3 8mol%)
抗折强度~35MPa 3-4mol%)
Y2O3-PSZ (Y2O3
抗折强度~140MPa PSZ: Partially Stabilized Zirconia
良好ZrO2陶瓷
稳定剂的加入量
• Y2O3 ：2~40mol% • CaO：15~24mol% • MgO：16~20mol%
6. 部分稳定ZrO2粉体制备
p
(b)
图5-6 DTA分析中ln（β/Tp2）与1/Tp关系曲线：（a）t-ZrO2，（b）m-ZrO2
小结
•晶体结构、表面能及析晶活 化能三个方面均显示，低温 下纳米二氧化锆凝胶粉中的 亚稳t-ZrO2易先于m-ZrO2析 出并稳定存在
稳定的ZrO2
氧化锆的几个术语
• PSZ：部分稳定氧化锆，又叫陶瓷钢 • TZP：四方多晶氧化锆 • Y-TZP：掺Y2O3稳定剂的四方多晶氧化锆
氧化锆陶瓷的制备
陶瓷轴承：在陶瓷轴承方面，氧化锆陶瓷相
Hale Waihona Puke 对于氮化硅陶瓷并不是最好，其主要优势是 成本较低。可用于抗腐蚀、避免污染的场合， 如食品工业等。另外一个领域就是新开发的 陶瓷风扇，这大大拓展了氧化锆陶瓷轴承的 应用空间。富士通公司首先推出了陶瓷轴承 风扇，获得了较好的市场响应。
轴芯全面采用3nm氧化锆
个人用品：氧化锆陶瓷耐磨性好，硬度高，
可以抛光且外观美观，因此 可作为手表带、 表壳及其他装饰部件。陶瓷表源于瑞士雷达 表，后来国内有优尼克、潮州三环和北京建 材院下属公司等一些企业开始生产。目前主 要生产表带，以黑和白为主，蓝、金和红等 其他颜色也已开发出来，制备工艺以热压铸 和干压为主。
生物应用：研究表明, 氧化锆在人体口腔中无
粉体制备
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。随着高性能陶瓷材料的发展 和纳米技术的兴起，制备高纯、超细ZrO2粉体的技术意义重 大，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：
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，反应条件较苛刻，难于实现大规模工 业化生产。
氧化锆的制备方法及性能ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
由于颗粒尺寸比样 品的厚度要小很多， 能够期望得到由固 定散射系数的理想 扩散反射比。 Kubelka-Munk函数 是指吸收因数和散 射因数的比，被用 作吸收率测绘图， 表示在3.5ev产生了 一个明显得吸收端。
图３为微波法合成氧化锆的紫外 －可见光吸收谱
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
图４a表示的是波长为254nm的激发光致发光谱，在402nm， 420nm，459nm分别能观察三个荧光发射。图４b的光致发光光谱 是在波长为412nm的激发下得到的，在608nm处有个最强峰，在 530nm处有一个弱的半峰。尽管详尽的纳米氧化锆的光致发光机 制正在研究中，但是我们可以认为这是由于在禁带转变处短波激 发引起的。在图４b的激发条件下，这应该是由于存在中间隙态 引起的，比如表面缺陷和氧空位。因为纳米氧化锆样品颗粒的高 表面区域，大量的表面缺陷存在于合成的纳米氧化锆的表面。
图3 a是350℃煅烧，氨基乙酸/金属比率为5的条件下合成的纳米晶 在整堂课的教学中，刘教师总是让学生带着问题来学习，而问题的设置具有一定的梯度，由浅入深，所提出的问题也很明确 ZrO2-15mol％CeO2形态的ESEM显微图b聚集体。可以看到粉末是由 多孔聚合体形成，晶粒大约为20－50微米。在图3b中可以观察到， 孔是由燃烧过程中气体的快速排除产生的。用高倍TEM进行观察， 发现这些聚合体是由球形纳米颗粒组成，正如在图4中所见，这很
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
氧化锆陶瓷应用及制备技术ppt课件
可编辑课件PPT
10
• 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。工艺流程图如图3.1所示：
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13
• 解决方案：
• （1）改变沉淀时的温度，使氧化锆的溶解 度下降，这样可以降低原料的浓度，从而 使含水氧化锆和氢氧化钇的析出速率，从 而防止凝胶过大，形成团聚。
• （2）沉淀过程改为向高盐溶液中通氨气而 不是加入碱性溶液，这样通过控制氨气通 入的速度控制含水氧化锆和氢氧化钇的析 出，同时配合搅拌溶液使凝胶析出均匀。
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5
图1.4 各种类型的陶瓷光纤插针
图1.5 陶瓷光纤套筒
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6
图2.1 氧化锆氧传感器
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8
• 此外还有固体氧化物燃料电池、高温发热 体、压电材料、保健纺织材料、 多晶氧化 锆宝石、 催化剂载体等多方面的应用。
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9
3. 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。
氧化锆的性质课件
题，为设计新型氧化锆基材料提供理论指导。
氧化锆的环保与可持续发展
03
分析了氧化锆生产过程中可能产生的环境问题，并提出相应的
解决策略，为实现氧化锆的绿色可持续发展提供思路。
氧化锆研究的未来发展方向
新材料体系探索
展望未来氧化锆研究的发展方向 ，应积极探索新型氧化锆基复合 材料和功能材料的设计与制备。
跨学科交叉合作
的机械性能。
热稳定性
氧化锆具有很高的热稳定性，可以 在高温下保持稳定的物理和化学性 质，因此在陶瓷领域中可以作为优 良的耐火材料。
抗腐蚀性
氧化锆对许多化学物质具有优异的 抗腐蚀性能，因此可以用于制造耐 腐蚀的陶瓷部件，如化工设备、管 道等。
氧化锆在高温窑炉领域的应用
炉衬材料
氧化锆可以用于制造高温 窑炉的炉衬材料，提高炉 子的热效率，降低能耗。
氧化锆的物理性质
氧化锆具有高熔点，高达2700℃。
氧化锆具有优良的化学稳定性，能够在高温下抵抗大多 氧化锆具有低热导率，是良好的隔热材料。
氧化锆的化学性质
氧化锆能够与许多化学物质发生反应 ，如酸、碱、二氧化碳等。
氧化锆在高温下能够通过离子导电性 ，被广泛用于高温固体燃料电池的电 极材料。
鼓励不同学科之间的交叉合作， 以促进多学科知识的融合和碰撞 ，推动氧化锆研究的创新发展。
高性能计算模拟
重视高性能计算机模拟在氧化锆 研究中的应用，通过理论计算和 模拟揭示氧化锆材料的微观结构
和性能关系。
感谢您的观看
THANKS
在高温下，氧化锆能够与金属元素反 应，形成金属氧化物。
氧化锆在高温下能够通过电子导电性 ，被广泛用于电子器件的陶瓷材料。
03
氧化锆的合成与制备
2004-06-氧化锆陶瓷的制备及其应用
!<#=! 即得产品 "利用该方法可制得 >!"?@ 的含钇
的 稳 定 四 方 相 &’)! 纳 米 粉 ! 粉 体 分 散 性 能 好 ! 粒 度 分布窄 ! 但生产过程较复杂 ! 成本也较高 "
& !’ 等静压成型
等静压成型是在传统干压成型基础上发展起来 的特种成型方法 " 它利用流体传递压力 !从各个方向 均匀地向弹性模具内的粉体施加压力 " 由于流体内 部压力的一致性 ! 粉体在各个方向承受的压力都一 样 ! 因此能避免坯体内密度的差别 " 等静压成型有湿 袋式等静压和干袋式等静压之分 " 湿袋式等静压可 以成型形状较为复杂的制品 ! 但只能间歇作业 " 干袋 式等静压可以实现自动化连续作业 ! 但只能成型截 面为方形 # 圆形 # 管状等简单形状的制品 " 等静压成 型可以获得均匀致密的坯体 ! 烧成收缩较小且各个 方向均匀收缩 ! 但设备较为复杂 # 昂贵 ! 生产效率也 不高 !只适合生产特殊要求的材料 "
$8% 其他方法
随着研究的不断深入 ! 一些研究者探索了新的 制备超细粉的思路 " 如高温喷雾热解法 # 喷雾感应耦 合等离子体法等
9A";
! 这些方法利用了先进的仪器设
备 ! 生产工艺与传统化学制粉工艺截然不同 ! 是将分 解 # 合成 # 干燥甚至煅烧过程合并在一起的高效方 法 " 但是这些方法在如何进一步提高传热效率 !并在 保证粒度的前提下 ! 如何扩大产量 # 降低成本尚需进 一步研究探索 " 从以上可以看出 ! 制备高纯 # 分散性好 # 粒 度 超 细 #粒度分布窄的 &’)! 粉体是总的发展趋势 " 另外 ! 广泛的原料来源 # 简单的操作条件也是 &’)! 粉体工 业化大生产的必然要求 "
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氧化锆陶瓷应用及制备技术
图1.1 TZP陶瓷磨球
氧化锆陶瓷应用及制备技术
图 1.2 各类材质磨球耐TZP陶瓷材料作为室温耐磨零器件，还广泛应用于：光纤插针 （图 1.3） 在结构陶TZP
• 、光纤套筒（图1.4）、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、表壳及表 带、高尔夫球的轻型击球棒等。
氧化锆陶瓷应用及制备技术
• 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。工艺流 程图如图3.1所示：
氧化锆陶瓷应用及制备技术
图1.4 各种类型的陶瓷光纤插针
图1.5 陶瓷光纤套筒
氧化锆陶瓷应用及制备技术
图2.1 氧化锆氧传感器
氧化锆陶瓷应用及制备技术
• 此外还有固体氧化物燃料电池、高温发热体、压电材料、保健 纺织材料、 多晶氧化锆宝石、 催化剂载体等多方面的应用。
氧化锆陶瓷应用及制备技术
3. 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。
具有传统磨球所无法比拟的研磨效率。高耐磨损的Y-TZP陶瓷磨球（图1.2）可以防止物料 污染，防止因化学腐蚀而影响磨机使用寿命。在电子陶瓷原料研磨低污染的要求下，目前 会导致铁金属污染的钢珠研磨已不适合，而粉体由机械研磨所造成的污染90%来自研磨球， 5%来自研磨转子，另外5%来自研磨桶璧内衬，因此磨球的耐磨性便显的十分重要。另外TZP 陶瓷磨球还具有使用寿命长、综合成本低等优点，因此特别适用于重要场合的物料研磨。
氧化锆陶瓷应用及制备技术
沉淀剂
↓
100-120℃ 700-900℃
锆盐溶液→中和沉淀→过滤→洗涤→干燥→煅烧→ZrO2粉体
图3.1 中和沉淀法工艺流程图
氧化锆陶瓷应用及制备技术
• 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，因而被广泛采用。目前国内大部分氧化锆生产 企业，如九江泛美亚、深圳南玻、上海友特、广东宇田等，采用 的都是这种方法。但是共沉淀法的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。
氧化锆陶瓷应用及制备技术
• 解决方案： • （1）改变沉淀时的温度，使氧化锆的溶解度下降，这样可以降
低原料的浓度，从而使含水氧化锆和氢氧化钇的析出速率，从而 防止凝胶过大，形成团聚。 • （2）沉淀过程改为向高盐溶液中通氨气而不是加入碱性溶液， 这样通过控制氨气通入的速度控制含水氧化锆和氢氧化钇的析出， 同时配合搅拌溶液使凝胶析出均匀。
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氧化锆陶瓷制备及其应用
氧化锆陶瓷应用及制备技术
1.氧化锆的应用
ZrO2主要用途
• 1. ZrO2结构陶瓷
• 由于TZP陶瓷具有高韧性、抗弯强度和耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于金 属等优点。因此TZP陶瓷被广泛应用于结构陶瓷领域。
• 1.1 Y-TZP磨球 • 与传统的磨球相比，Y-TZP陶瓷磨球（图1.1）具有高密度、高硬度、高韧性等特点，使其
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• （3）在煅烧之前进行粉碎，为了减少工序，可以在干燥的同时 进行粉碎或者在煅烧过程中进行粉碎，通过这样的方法防止团聚。
• （4）由于煅烧升温过程当完成了从非晶态转变为晶态的成核过 程以后便开始了晶粒长大阶段,并且晶粒中成晶结构单元的扩散速 度随温度升高而增大,相互靠近的颗粒容易形成团聚。 所以可以 适当降低煅烧温度，同时可以吹入保护性气体使颗粒形成粉尘以 减少颗粒形成团聚。
图1.1 TZP陶瓷磨球
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图 1.2 各类材质磨球耐TZP陶瓷材料作为室温耐磨零器件，还广泛应用于：光纤插针 （图 1.3） 在结构陶TZP
• 、光纤套筒（图1.4）、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、表壳及表 带、高尔夫球的轻型击球棒等。
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• 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。工艺流 程图如图3.1所示：
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图1.4 各种类型的陶瓷光纤插针
图1.5 陶瓷光纤套筒
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图2.1 氧化锆氧传感器
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• 此外还有固体氧化物燃料电池、高温发热体、压电材料、保健 纺织材料、 多晶氧化锆宝石、 催化剂载体等多方面的应用。
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3. 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。
具有传统磨球所无法比拟的研磨效率。高耐磨损的Y-TZP陶瓷磨球（图1.2）可以防止物料 污染，防止因化学腐蚀而影响磨机使用寿命。在电子陶瓷原料研磨低污染的要求下，目前 会导致铁金属污染的钢珠研磨已不适合，而粉体由机械研磨所造成的污染90%来自研磨球， 5%来自研磨转子，另外5%来自研磨桶璧内衬，因此磨球的耐磨性便显的十分重要。另外TZP 陶瓷磨球还具有使用寿命长、综合成本低等优点，因此特别适用于重要场合的物料研磨。
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沉淀剂
↓
100-120℃ 700-900℃
锆盐溶液→中和沉淀→过滤→洗涤→干燥→煅烧→ZrO2粉体
图3.1 中和沉淀法工艺流程图
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• 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，因而被广泛采用。目前国内大部分氧化锆生产 企业，如九江泛美亚、深圳南玻、上海友特、广东宇田等，采用 的都是这种方法。但是共沉淀法的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。
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• 解决方案： • （1）改变沉淀时的温度，使氧化锆的溶解度下降，这样可以降
低原料的浓度，从而使含水氧化锆和氢氧化钇的析出速率，从而 防止凝胶过大，形成团聚。 • （2）沉淀过程改为向高盐溶液中通氨气而不是加入碱性溶液， 这样通过控制氨气通入的速度控制含水氧化锆和氢氧化钇的析出， 同时配合搅拌溶液使凝胶析出均匀。
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1.氧化锆的应用
ZrO2主要用途
• 1. ZrO2结构陶瓷
• 由于TZP陶瓷具有高韧性、抗弯强度和耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于金 属等优点。因此TZP陶瓷被广泛应用于结构陶瓷领域。
• 1.1 Y-TZP磨球 • 与传统的磨球相比，Y-TZP陶瓷磨球（图1.1）具有高密度、高硬度、高韧性等特点，使其
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• （3）在煅烧之前进行粉碎，为了减少工序，可以在干燥的同时 进行粉碎或者在煅烧过程中进行粉碎，通过这样的方法防止团聚。
• （4）由于煅烧升温过程当完成了从非晶态转变为晶态的成核过 程以后便开始了晶粒长大阶段,并且晶粒中成晶结构单元的扩散速 度随温度升高而增大,相互靠近的颗粒容易形成团聚。 所以可以 适当降低煅烧温度，同时可以吹入保护性气体使颗粒形成粉尘以 减少颗粒形成团聚。