認(rèn) 證：工商信息已核實(shí)
訪問量：766258
上海儒特機(jī)電設(shè)備有限公司 2023-04-23 點(diǎn)擊1551次
論述了氧化鋯的基本性能，并對氧化鋯材料自問世以來被人類所利用的領(lǐng)域進(jìn)行了詳細(xì)的研究，發(fā)現(xiàn)目前除被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)領(lǐng)域耐火材料、結(jié)構(gòu)材料、功能材料、寶石材料之外，正逐漸被裝飾陶瓷所采納，如彩色氧化鋯陶瓷、陶瓷首飾等異軍突起，成為裝飾陶瓷領(lǐng)域的一支奇琶，倍受世人矚目。
引言
氧化鋯是一種耐高溫、耐腐蝕、耐磨損而且具有優(yōu)良導(dǎo)電性能的無機(jī)非金屬材料，20世紀(jì)20年代初即被應(yīng)用于耐火材料領(lǐng)域，直到上世紀(jì)70年代中期以來，國際上歐美日先進(jìn)***竟相投入具資研究開發(fā)氧化鋯生產(chǎn)技術(shù)和氧化鋯系列產(chǎn)品生產(chǎn),進(jìn)一步將氧化鋯的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)材料和功能材料，同時(shí)氧化鋯也是***產(chǎn)業(yè)政策中鼓勵(lì)重點(diǎn)發(fā)展的高性能新材料之一，目前正廣泛地被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中。
本文綜述了氧化鋯的基本性能及氧化鋯材料的種類和應(yīng)用，并對氧化鋯材料的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
1氧化鋯基本性能
常壓下純的氧化鋯有三種晶型，低溫為單斜晶系，密度5.65g/cm3，高溫為四方晶系，密度6.10g/cm3，更高溫度下為立方晶系，密度6.27g/cm3，其相互間的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：
天然ZrO2和用化學(xué)法得到的ZrO2屬于單斜晶系。
單斜晶型與四方晶型之間的轉(zhuǎn)變伴隨有7%左右的體積變化。加熱時(shí)由單斜ZrO2轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆絑rO2，體積收縮，冷卻時(shí)由四方ZrO2轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡盳rO2，體積膨脹。但這種收縮與膨脹并不發(fā)生在同一溫度，前者約在1200℃，后者約在1000℃。
由于晶型的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生體積變化，會(huì)造成開裂，故單純的氧化鋯陶瓷很難生產(chǎn)，通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)加入適量的晶型穩(wěn)定劑CaO、MgO、Y2O3、CeO2等和其他稀土氧化物，可以使ZrO2相變溫度降低至室溫以下，使高溫穩(wěn)定的四方和立方氧化鋯在室溫也能以穩(wěn)定或亞穩(wěn)定形式存在，形成無異常膨脹、收縮的立方、四方晶型的穩(wěn)定氧化鋯
（FSZ）和部分穩(wěn)定氧化鋯（PSZ）[1]。
氧化鋯中隨著穩(wěn)定劑加入量的不同，會(huì)產(chǎn)生不同晶型的氧化鋯，相變過程中由于體積和形狀的改變，能夠吸收能量，減少裂紋***應(yīng)力集中，阻止裂紋擴(kuò)展，提高陶瓷材料的韌性，從此氧化鋯相變增韌陶瓷的研究和應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展，主要有三種類型：部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷；四方氧化鋯多晶體陶瓷；氧化鋯增韌陶瓷。
2氧化鋯應(yīng)用領(lǐng)域
2.1氧化鋯耐火材料
氧化鋯從20世紀(jì)20年代初就被應(yīng)用于耐火材料領(lǐng)域，直至今天在耐火材料領(lǐng)域仍然占有一席之地。
2.1.1氧化鋯坩堝
如前所述氧化鋯的熔點(diǎn)高達(dá)2700℃，即使加熱到1900多攝氏度也不會(huì)與熔融的鋁、鐵、鎳、鉑等金屬，硅酸鹽和酸性爐渣等發(fā)生反應(yīng)，所以用氧化鋯材料制作的坩堝能成功地熔煉鉑、鈀、釕、銫等鉑族貴金屬及其合金，亦可用來熔煉鉀、鈉、石英玻璃以及氧化物和鹽類等[4]。
2.1.2氧化鋯耐火纖維
氧化鋯纖維是***一種能夠在1600℃以上超高溫環(huán)境下長期使用的陶瓷纖維耐火材料，具有比氧化鋁纖維、莫來石纖維、硅酸鋁纖維等更高的使用溫度和更好的隔熱性能，并且高溫化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕、抗氧化、不易揮發(fā)、無污染。這些優(yōu)異特性決定了氧化鋯纖維是一種***的高檔耐火纖維材由南京理工大學(xué)攻關(guān)的氧化鋯纖維技術(shù)目前已經(jīng)取得比較成熟的制備工藝。
2.1.3氧化鋯窯爐材料
氧化鋯作為耐火材料主要用在大型玻璃池窯的關(guān)鍵部位，早期使用的鋯質(zhì)耐火材料，其氧化鋯含量僅為33%~35%,日本旭硝子公司研制成功含氧化鋯94%~95%的鋯質(zhì)耐火材料，將其使用在玻璃窯頂部和關(guān)鍵部位，
大大提高了玻璃窯的壽命。
將氧化鋯熔融、吹制后得到大小不同的氧化鋯空心球，制備各種高級隔熱磚，避免了陶瓷纖維老化后的粉塵污染問題.
2.2氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷
1975年澳大利亞R.G.Garvie以氧化鈣為穩(wěn)定劑制得部分穩(wěn)定氧化鋯，并***利用氧化鋯馬氏體相變增韌的效應(yīng)，提高了韌性和強(qiáng)度，極大的擴(kuò)展了氧化鋯在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用。
2.2.1氧化鋯陶瓷軸承
氧化鋯全陶瓷軸承具抗磁電絕緣、耐磨、耐腐蝕、無油自潤滑、耐高溫、耐高寒等特點(diǎn)，可用于極度惡劣環(huán)境及特殊工況。
目前氧化鋯陶瓷軸承已被微型冷卻風(fēng)扇所采用，其產(chǎn)品壽命及噪音穩(wěn)定性均優(yōu)于傳統(tǒng)的滾珠及滑動(dòng)軸承系統(tǒng)，富士康公司率先在電腦散熱風(fēng)扇上采用了氧化鋯陶瓷軸承。
2.2.2氧化鋯陶瓷閥門
目前，我國各個(gè)行業(yè)中普遍使用的閥門是金屬閥門，金屬閥門的使用也有100多年的歷史，期間雖然也經(jīng)歷過材料及結(jié)構(gòu)的改變，但由于受金屬材料自身的限制，金屬的腐蝕破壞對閥門耐磨性的作用期限、可靠性、使用壽命具有相當(dāng)大的影響，機(jī)械和腐蝕的作用因素對金屬的作用大大地增加了接觸表面總的磨損量，閥門操作過程中，摩擦的表面由于同時(shí)的機(jī)械作用和金屬與環(huán)境進(jìn)行化學(xué)的或電化學(xué)的相互作用的結(jié)果產(chǎn)生磨損和破壞，對于閥門而言，其管道工作氣候條件的復(fù)雜；石油、天然氣和油層水等介質(zhì)中硫化氫、二氧化碳和某些有機(jī)酸的出現(xiàn)，使其表面的破壞力增大，從而迅速失去工作能力。
氧化鋯陶瓷閥門優(yōu)良的耐磨性、防腐性、抗高溫?zé)嵴鹦?，能夠勝任這一領(lǐng)域。
2.2.3氧化鋯研磨材料
氧化鋯珠具有硬度大、磨損率小、使用壽命長、可大幅減少研磨原料的污染，能夠很好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)氧化鋯材料密度大，用做研磨介質(zhì)時(shí)撞擊能量強(qiáng)，可大大提高研磨分散效率，可有效縮短研磨時(shí)間。
良好的化學(xué)穩(wěn)定性決定了其耐腐蝕性，可以在酸性和堿性介質(zhì)中使用。
由中國建筑材料科學(xué)研究院研究開發(fā)的氧化鋯陶瓷磨球，磨損率僅為0.04/24h，在球磨、振動(dòng)磨、行星磨和攪拌磨等磨機(jī)中被廣泛采用當(dāng)作研磨介質(zhì)。
2.3氧化鋯功能陶瓷
2.3.1圓珠筆用氧化鋯陶瓷球珠
我國是制筆大國，國際上每5支筆中有4支來自中國，已形成近800億元/年的市場，一般情況下，圓珠筆用球珠主要是不銹鋼和炭化鎢材料，但這類球珠在書寫過程中經(jīng)常出現(xiàn)斷線、掉珠、死珠、蘸頭等現(xiàn)象，目前由河北省勇龍邦大新材料有限公司與清華大學(xué)新型陶瓷與工藝***重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共同研制的“圓珠筆用氧化鋯陶瓷球珠”克服了以上缺陷，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，該科技成果已被列為***制筆行業(yè)“十一五”***重點(diǎn)推廣新產(chǎn)品[3]。
2.3.2氧化鋯陶瓷刀具
氧化鋯陶瓷刀具具有高強(qiáng)度、耐磨損、無氧化、不生銹、耐酸堿、防靜電、不會(huì)與食物發(fā)生反應(yīng)的特點(diǎn)，同時(shí)刀體光澤如玉，是當(dāng)今世界理想的高科技綠色刀具，目前市場主要產(chǎn)品有：氧化鋯陶瓷餐刀、剪刀、剃須刀、手術(shù)刀等，近幾年在歐、美、日、韓等地已開始流行。
2.3.3氧化鋯高溫發(fā)熱材料
氧化鋯在常溫下為絕緣材料，比電阻高達(dá)1015Ω·cm，溫度升高至600℃可以導(dǎo)電，而在1000℃以上時(shí)是良導(dǎo)體，可作1800℃高溫發(fā)熱元件，***工作溫度可以達(dá)到2400℃，目前已經(jīng)被成功地用于2000℃以上氧化氣氛下的發(fā)熱元件及其設(shè)備中，磁流體發(fā)電的電極材料也在積極的研究之中。
2.3.4氧化鋯生物陶瓷材料
烤瓷牙家族中的貴族—氧化鋯烤瓷牙，烤瓷牙材料的好壞直接影響它的質(zhì)量和患者身體健康，因烤瓷牙的內(nèi)冠是由不同金屬材料制作而成，金屬內(nèi)冠易與口腔唾液發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化鋯材質(zhì)的烤瓷牙由于沒有金屬內(nèi)冠層，牙齒透明度好，光澤度***，更有效避免了牙齒過敏和牙齦黑線等問題，具有足夠好的遮色能力，能夠完美解決重度四環(huán)素牙患者的牙齒美容需求，而且氧化鋯材質(zhì)的強(qiáng)韌性彌補(bǔ)了普通烤瓷牙易蹦缺的缺點(diǎn)，生物相容性好，不刺激口腔粘膜組織，易于清潔，是目前國內(nèi)外***質(zhì)的烤瓷牙。
2.3.5氧化鋯涂層材料
高性能Y2O3等穩(wěn)定劑穩(wěn)定的氧化鋯熱障陶瓷涂層材料，主要應(yīng)用于高性能渦輪航空發(fā)動(dòng)機(jī)。
2.3.6氧化鋯通訊材料
近年來隨著信息及通信等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其產(chǎn)品越來越向高精密、小型化方向發(fā)展，增韌氧化鋯陶瓷優(yōu)良的力學(xué)性能、耐腐蝕及高絕緣性能能夠勝任這一領(lǐng)域，
目前已有氧化鋯陶瓷插針和氧化鋯陶瓷套筒產(chǎn)品問世。
在陶瓷PC型光纖活動(dòng)連接器中，二氧化鋯插針體是其關(guān)鍵部件。
2.3.7氧化鋯氧傳感器
汽車工業(yè)中在使用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放污染的發(fā)動(dòng)機(jī)上，氧傳感器是必不可少的，目前使用的氧傳感器有氧化鈦式和氧化鋯式兩種，其中應(yīng)用***多的就是氧化鋯式氧傳感器。
早在20世紀(jì)70年代中期，日本汽車生產(chǎn)技術(shù)完備卻難以進(jìn)入美國市場，但美國制定新政策限制汽車尾氣污染給日本帶來了機(jī)會(huì)，日本科學(xué)家把氧化鋯制成多孔氧傳感器，裝在發(fā)動(dòng)機(jī)里自動(dòng)檢測發(fā)動(dòng)機(jī)里氧氣與燃燒氣體的比例，并自動(dòng)控制輸入氣體和排出氣體的比例，從而大大減少汽車排放的有害氣體，使日本汽車一舉打入美國市場。
2.4氧化鋯裝飾材料
傳統(tǒng)意義上的裝飾陶瓷由普通硅酸鹽系統(tǒng)材料制作而成，例如：陳設(shè)瓷中的花瓶、陶瓷畫板、室內(nèi)外裝潢用陶瓷墻地磚等。氧化鋯裝飾材料開創(chuàng)了人類美化自身的新領(lǐng)域，目前主要應(yīng)用于單純的佩飾品及兼有應(yīng)用功能的佩飾品。
2.4.1氧化鋯寶石材料
氧化鋯寶石材料分為天然立方氧化鋯和人工合成立
方氧化鋯兩種。
自然狀態(tài)下天然的立方氧化鋯極難尋找到，決定了其具有了寶石材料稀有性的特點(diǎn)，自然形成的立方氧化鋯顏色非常豐富，大顆優(yōu)質(zhì)的天然鋯石價(jià)格決不在同等的鉆石之下，是非常稀少的貴重天然寶石。
人工合成立方氧化鋯光學(xué)性能良好，是廉價(jià)而有美麗的鉆石替代品。
2.4.2氧化鋯陶瓷首飾
氧化鋯陶瓷首飾目前主要有以下幾種類型：
（1）鑲嵌了氧化鋯的銀首飾，在這里氧化鋯的范圍就比較寬廣，包括二氧化鋯石、工業(yè)二氧化鋯、高純二氧化鋯、穩(wěn)定二氧化鋯、超細(xì)二氧化鋯、鋯英砂、鋯英粉等，鑲有立方氧化鋯的銀鍍銠的首飾特別受歐洲客戶的青睞。
（2）單純氧化鋯材料佩飾品，是目前裝飾陶瓷市場正悄然興起的一類產(chǎn)品，國內(nèi)已有陶瓷生產(chǎn)公司在研究、開發(fā)、銷售這類產(chǎn)品過程中走在了同行業(yè)的前列，對這一產(chǎn)業(yè)政府也給予了高度重視，2006年北京市科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金無償資助項(xiàng)目中就有彩色氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷的研制，市面上有近300多種新的陶瓷佩飾產(chǎn)品，既包括各種新型的款式也包括各種色澤明快的顏色，而且該類產(chǎn)品在歐、美、日和中國香港等地區(qū)均有很好的市場，特別受到歐洲市場的青睞。
（3）兼有應(yīng)用功能的佩飾品，典型的產(chǎn)品是陶瓷手表表殼、表圈、表帶等產(chǎn)品，國際知名品牌Chanel/香奈爾、RADO/雷達(dá)等手表均有全陶瓷款式，而且價(jià)格不菲。
2.5氧化鋯其它應(yīng)用
2.5.1與氧化鋯形成復(fù)相材料
與其它材料復(fù)合形成的復(fù)相材料，比如氧化鋯與氧化鋁、莫來石等材料形成的復(fù)相材料，得到了比單相材料具有更優(yōu)異性能的新材料。
2.5.2普通陶瓷添加劑
陶瓷色釉料方面的應(yīng)用：氧化鋯為黃綠色顏料良好的助色劑，若想獲得性能較好的釩鋯黃顏料，必須選用質(zhì)純的氧化鋯，另外在釉料制造方面，純的氧化鋯可以提高釉的高溫粘度和擴(kuò)大高溫粘度變化的溫度范圍，有較好的熱穩(wěn)定性，其含量為2%~3%時(shí)，能提高釉料的抗龜裂性能，還因氧化鋯的化學(xué)惰性大，能提高釉料的化學(xué)穩(wěn)定性和抗酸堿侵蝕的能力，有時(shí)也被用來制作乳濁釉。
2.5.3制備鉻酸鹽原料
制備鋯酸鹽的原料，由二氧化鋯和一些金屬氧化物或金屬碳酸鹽反應(yīng)生成，它們都是大分子結(jié)構(gòu)，具有各種電性能，為高溫、電子元器件等領(lǐng)域所應(yīng)用。
3 氧化鋯發(fā)展前景
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和測試技術(shù)的發(fā)展，人類對于氧化鋯的認(rèn)識必將更進(jìn)一步深入，氧化鋯定會(huì)以新的面貌出現(xiàn)，近幾年國內(nèi)的一些公司已能夠生產(chǎn)高質(zhì)量超細(xì)氧化鋯粉體，且大部分產(chǎn)品出口，但是在粉料制備方面仍然整體處于較落后水平，今后的發(fā)展應(yīng)朝著超細(xì)、高純方向發(fā)展，產(chǎn)品制造方面應(yīng)朝著新功能、新應(yīng)用領(lǐng)域方向發(fā)展，不斷擴(kuò)大氧化鋯應(yīng)用領(lǐng)域。
4 結(jié) 語
通過以上所述發(fā)現(xiàn)，目前氧化鋯陶瓷材料應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸發(fā)展到裝飾陶瓷領(lǐng)域、珠寶首飾品領(lǐng)域，高檔***品消費(fèi)領(lǐng)域，正沿著種類、功能多樣化的趨勢發(fā)展。