中國粉體網訊 氧化鋯是一種性能優越且同時具有耐酸堿性的無機非金屬材料。它具有穩定的化學性質、熔點高、導熱系數小、硬度、強度高、耐磨損。氧化鋯性質的優越性，使氧化鋯及制品成為結構陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、熱涂層陶瓷的主要原料之一，在軍工、能源、冶金以及電子、通訊、汽車、機械等高新技術領域的應用前景十分廣泛。今天我們要講的，是氧化鋯作為添加劑在提高其它陶瓷材料的性能方面的應用。
對氧化鋯陶瓷的影響
納米氧化鋯對普通的氧化鋯制品性能有一定的積極影響。
樊拓等在電熔單斜氧化鋯原料中添加不同含量的CaO穩定劑，通過試樣燒后礦物相組成、顯氣孔率、耐壓強度確定最佳CaO穩定劑添加量。在最佳CaO穩定劑添加量的基礎上加入納米級氧化鋯粉體，研究納米級氧化鋯粉體添加量對氧化鋯制品性能的影響，結果表明：在最佳試樣（3Ca-PSZ）中加入納米氧化鋯粉體，隨著加入量的增加，試樣的顯氣孔率下降、燒成收縮率增加、耐壓強度提高。其中納米氧化鋯粉體添加比例為8wt%時，試樣氣孔率為9.4%，體積密度為5.08g/cm3，抗壓強度達到381MPa。與3Ca-PSZ試樣相比，氣孔率下降40%，體積密度提高5%，耐壓強度提高70%。
對氧化鎂陶瓷的影響
氧化鎂陶瓷熔點高達2800℃，具有良好的耐高溫性能和電絕緣性，且其對堿性金屬熔渣有較強的抗侵蝕能力，與鎂、鎳、鈾、釷、鋅、鋁、鐵、銅、鉑等不發生化學反應，可用于制備冶煉金屬的坩堝、澆注金屬的注模、高溫熱電偶的保護管、高溫爐的爐襯材料等。但是，在溫度劇變(即熱震作用)的環境下，氧化鎂陶瓷強度會大幅下降，發生剝落甚至脆裂，降低了氧化鎂陶瓷服役的安全可靠性。因此，提高氧化鎂陶瓷的抗熱震性，延長其在高溫下的使用壽命具有重要的實際意義。
由于ZrO2發生馬氏體相變(t-ZrO2轉為m-ZrO2)時伴隨體積和形狀的變化，能吸收能量，減緩裂紋尖端應力的集中，阻止裂紋擴展，提高陶瓷的韌性。不少研究表明，加入ZrO2可以提高鎂質材料的抗熱震性或燒結性能。
薛宗偉等以高純氧化鎂粉、納米單斜氧化鋯粉為原料，通過配料、成型，分別在1350℃、1450℃、1550℃保溫2h后燒結，制備了氧化鎂陶瓷試樣。研究了單斜氧化鋯加入量、燒結溫度對氧化鎂陶瓷的燒結性能和抗熱震性的影響。結果表明：加入納米單斜氧化鋯可以提高氧化鎂陶瓷的顯微結構均勻性，降低燒結溫度和促進試樣的致密化；加入納米單斜氧化鋯的試樣通過微裂紋增韌、相變增韌以及微裂紋偏轉增韌提高氧化鎂陶瓷的抗熱震性。
趙志鵬等研究了不同晶型ZrO2納米粉對氧化鎂陶瓷燒結和抗熱震性的影響，結果表明：加入的ZrO2彌散分布于方鎂石晶粒晶界處，提高了試樣的致密度；加入m-ZrO2的試樣中，ZrO2與MgO形成了固溶體，活化了方鎂石晶體的晶格，大幅度促進了試樣的燒結，同時ZrO2以相變增韌和第二相增韌的復合增韌機制提高了抗熱震性；加入t-ZrO2和c-ZrO2的試樣中，ZrO2以第二相增韌機制提高了抗熱震性。
對氧化鋁陶瓷的影響
Al2O3陶瓷以其高強度、高硬度、高耐磨、抗氧化及抗熱震等優異性能，在機械、電子、化工等領域得到廣泛應用。純Al2O3陶瓷的高溫性能好，但韌性不足，抗沖擊能力差，切削時易發生輕微崩刃，通過在Al2O3基體中添加氧化鋯，制得氧化鋯增韌氧化鋁(ZTA)陶瓷，可明顯改善這一現象。
在ZTA陶瓷中，Al2O3基體上均勻彌散分布著ZrO2粒子，隨著溫度的變化，ZrO2粒子發生相變，這種相變屬于馬氏體相變，會相應的產生體積膨脹和切應變，導致張應力和微裂紋的形成。某些小尺寸的ZrO2粒子在張應力的作用下產生微裂紋，這些裂紋局限在小尺寸晶粒中，其萌生和擴展等都會消耗外應力場的能量，進而提高Al2O3陶瓷的韌性和強度。因此ZTA陶瓷是非常具有前途的陶瓷材料。
對氮化硅陶瓷的影響
氮化硅陶瓷由于高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕、抗蠕變等優異的性能而被認為是一種綜合性能最好的結構陶瓷材料，但其固有脆性阻礙了其在市場上的廣泛應用。不少學者對ZrO2增韌Si3N4陶瓷進行了研究，取得了較大進展。
李薦等通過無壓燒結制備了ZrO2-Si3N4復合陶瓷材料，并以排水法、SEM和DDL110型萬能拉伸機進行表征。研究了ZrO2含量對Si3N4陶瓷的致密度、顯微結構和力學性能的影響。結果表明，隨著ZrO2含量的增加，Si3N4陶瓷致密度增加；抗彎強度和斷裂韌性先增大后減小，當ZrO2含量達到10％時，Si3N4的抗彎強度和斷裂韌性同時達到最大值，分別為362MPa和7.0MPa·m1/2。
對氮化鋁陶瓷的影響
AlN陶瓷具有高熱導率、優良的電學性能、低熱膨脹系數等優點，常作為電路封裝基板的理想材料。然而，與Si3N4和SiC等陶瓷材料相比，AlN陶瓷斷裂韌性較低，這降低了其抗熱震性能，并增加了其切削加工難度。
劉聰等通過添加納米ZrO2粉體，并結合Y2O3燒結助劑，采用熱壓燒結制備了AlN陶瓷。結果表明，加入ZrO2后，熱壓AlN陶瓷的物相包含AlN主相、Al5Y3O12晶界相以及ZrN新相。隨著ZrO2的加入，熱壓AlN陶瓷的維氏硬度基本沒有變化，然而其斷裂韌性逐漸提高。這主要是由于添加的ZrO2與AlN發生高溫反應生成了ZrN，導致AlN陶瓷從單一的沿晶斷裂模式轉變為包含沿晶和穿晶的混合斷裂模式，強化了晶界，進而改善了斷裂韌性。
對BaTiO3陶瓷的影響
近些年來，人們對電子陶瓷的開發和研究十分關注。其中鈦酸鋇陶瓷由于具有介電常數高、鐵電性能良好等優點被廣泛應用于各種傳感器、片式電容器等方面。然而純鈦酸鋇的居里溫度是120℃，導致其不能在室溫下使用。為提高鈦酸鋇基陶瓷材料的介電性能，研究人員向其中摻雜各種氧化物，已經獲得了部分摻雜氧化物與材料性能的關系，因此向鈦酸鋇基陶瓷材料中摻雜氧化物是當前對鈦酸鋇陶瓷研究領域的重點內容之一。
鄭玉等以BaCO3、TiO2、ZrO2為原料，采用固相燒結法制備不同Zr含量的鋯鈦酸鋇（BZT）陶瓷。實驗表明，隨著Zr4+摻量的增加，晶面衍射峰向小角度方向移動，BZT晶粒的生長逐漸規則。介電峰位隨著Zr4+增加向低溫區域移動。在室溫環境中Zr4+摻量為20%時，BZT陶瓷介電常數最大，介電損耗最小。
對氧化鋅壓敏陶瓷電性能的影響
ZnO壓敏陶瓷由于其優異的非線性V-I特性和大能量吸收能力，廣泛應用于電子線路、器件和電力系統的過電壓保護中。ZnO陶瓷遭受短時大脈沖時，可能由于熱應力過大而炸裂，熱應力誘發的炸裂是氧化鋅閥片主要的破壞方式之一。使用熱緩沖材料提高ZnO壓敏陶瓷的抗熱震性能，是一種提高能量耐受能力的有效方法。ZrO2化學性質不活潑，熔點高(～2700℃)，電阻率高，膨脹系數低，是一種較為理想的熱緩沖材料。
對陶瓷結合劑的影響
陶瓷結合劑耐火度和流動性對磨具有重要影響，適當的耐火度和流動性有助于磨具的燒成，也利于結合劑與磨料充分融合和包裹；同時，陶瓷結合劑對磨料有很強的潤濕能力，能大幅提高磨具的強度，從而延長磨具壽命。其中，ZrO2對陶瓷結合劑和磨具的影響比較顯著。
李啟泉等以Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2基礎玻璃加入ZrO2來制備陶瓷結合劑，研究ZrO2加入量對立方氮化硼磨具性能的影響。結果表明：隨著ZrO2含量的增加，結合劑的耐火度提高，高溫流動性變差，且ZrO2能夠促進玻璃相析晶；當ZrO2的含量為1%時，磨具試條的硬度達到HRB110.6，抗彎強度為68.23MPa，提高了27.9%，同時耐磨性急劇提高，磨耗比提高119%。
參考來源：
[1]薛宗偉等.納米氧化鋯對氧化鎂陶瓷抗熱震性的影響
[2]樊拓等.納米氧化鋯添加量對氧化鋯制品性能的影響
[3]李啟泉等.ZrO2對陶瓷結合劑CBN磨具性能的影響
[4]趙志鵬等.不同晶型ZrO2納米粉對氧化鎂陶瓷燒結和抗熱震性的影響
[5]劉聰等.ZrO2對熱壓AlN陶瓷的顯微結構與力學性能的影響
[6]鄭玉等.ZrO2摻雜對BaTiO3陶瓷結構和介電性能的影響
[7]何錦強等.ZrO2摻雜對氧化鋅壓敏陶瓷電性能的影響
[8]李薦等.添加ZrO2對Si3N4復合陶瓷材料力學性能的影響
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
