氧化锆陶瓷讲义的制备

氧化锆陶瓷的制备工艺一氧化锆陶瓷的原料氧化锆工业原料是由含锆矿石提炼出来的。

斜锆石（ZrO2）自然界锆矿石锆英石（ZrO2·SiO2）二氧化锆陶瓷的提炼方法氯化和热分解碱金属氧化物分解法石灰溶解法等离子弧法提炼氧化锆的主要方法沉淀法胶体法水解法喷雾热分解法㈠氯化和热分解法ZrO2∙SiO2+4C+4Cl2→ZrCl4+SiCl4+4CO其中ZrCl4和SiCl4 以分馏法加以分离，在150–180℃下冷凝出ZrCl4然后加水水解形成氧氯化锆，冷却后结晶出氧氯化锆晶体，经焙烧就得到氧化锆。

㈡碱金属氧化物分解法ZrO2∙SiO2+NaOH→Na2ZrO3 +Na2SiO4+H2OZrO 2∙SiO 2+Na 2CO 3→Na 2ZrSiO 3+CO 2 ZrO 2∙SiO 2+Na 2C03→Na 2ZrO 3+Na 2Si03+CO 2①反应后用水溶解，滤去Na 2Si03；②Na 2Zr03→ 水合氢氧化物 → 用硫酸进行钝化 →Zr 5O 8(SO 4)2·x H 20 → 氧化锆粉 ㈢石灰熔融法CaO+ZrO 2·SiO 2→ZrO 2+CaSiO 3 焙烧后用盐酸浸出除去CaSiO3 ㈣等离子弧法锆英石砂（ZrO 2∙SiO 2）㈤沉淀法沉淀法是在羧基氯化锆等水溶性锆盐与稳定剂盐的混合水溶液中加入氨水等碱性类物质，以获得氢氧化物共沉淀的方法。

将共沉淀物干焙烧氨 水 调 整 PH 值用水水解ZrO2SiO2注入高温等离子弧中熔化并离解凝固后SiO 2粘在ZrO 2结晶表面 用液体NaOH 煮沸可除SiO 2ZrO 2 和 硅酸铀 氧化锆洗 涤燥后一般得到的是胶态非晶体，经500—700℃左右焙烧而制成ZrO 2粉末。

㈥胶体法胶体法是合成粉体中各种前驱体在溶胶状态下混合均匀，而后固体从溶胶中析出的方法。

溶胶法① 溶胶—凝胶技术 ② 溶胶—沉淀法金属氧化物或氢氧化物的溶胶 胶体沉淀剂（在锆盐溶液中加有机化合物）凝 胶氧化物㈦水解法①醇盐水解法：将有机溶液中混合着锆和稳定剂的醇盐，进行加水分解的方法。

氧化锆陶瓷范文范文一、制备工艺粉末的制备主要有固相合成法和溶胶-凝胶法两种。

固相合成法是通过将氧化锆粉末与还原剂（如甲醇）混合，加热还原得到纯度高、晶粒细小的氧化锆粉末。

溶胶-凝胶法则是将适量的氧化锆醇溶解于有机溶剂中，加入适量的络合剂（如醋酸锆或氯化锆），经过性质调整和固化处理后得到凝胶，在高温条件下煅烧成氧化锆陶瓷。

成型工艺主要有干压成型法、注射成型法和凝胶注模法等。

干压成型法是将制备好粉末与有机添加剂混合，在冷压机上压制成型，然后进行烧结。

注射成型法是将制备好的粉末与有机添加剂混合至一定浓度后，通过注射机注入模具中，将模具放置在热压设备中进行烧结。

凝胶注模法则是将制备好的凝胶填充至模具中，经过煅烧和热压得到成型的氧化锆陶瓷。

二、结构特点晶相组成方面，氧化锆陶瓷一般为单相晶体，主要以四方相为主。

四方相的晶体结构比较稳定，密度大，硬度高，能够有效提高氧化锆陶瓷的物理性能。

晶粒尺寸方面，氧化锆陶瓷的晶粒尺寸一般在0.1-0.5微米之间，晶粒细小可以提高材料的强度和硬度。

此外，氧化锆陶瓷具有良好的烧结性能，在高温下能够形成强而稳定的晶界，增强了材料的机械性能。

杂质含量方面，氧化锆陶瓷具有较低的杂质含量，主要是由于制备工艺的高纯度要求和烧结工艺的优化。

低杂质含量使氧化锆陶瓷具有较好的化学稳定性和抗腐蚀性，适用于各种恶劣环境下的使用。

三、应用领域此外，氧化锆陶瓷还广泛应用于高温结构材料领域。

由于其高熔点和优异的耐热性能，可以用于制造高温炉窑和航天器件等。

在电子领域，氧化锆陶瓷还可以用于制作电容器或高频电器的绝缘材料。

此外，氧化锆陶瓷在化工、光学、航空航天等领域也有一定的应用。

综上所述，氧化锆陶瓷具有优良的性能和广泛的应用领域。

在未来的发展中，氧化锆陶瓷有望得到更广泛的应用，并且可能会通过制备工艺和结构优化进一步提高其性能，拓展更多的应用领域。

氧化锆陶瓷的研究与制备氧化锆陶瓷是一种高性能、高强度、高耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特性的陶瓷材料，具有广泛的应用前景。

在航空、医疗、电子、精密机械等领域中都有重要的应用。

氧化锆陶瓷的制备方法有很多种，主要包括等离子热化学气相沉积、低温凝胶-热分解法、电化学沉积法、湿化学法、机械合成法等。

其中，湿化学法是常见的一种方法。

湿化学法制备氧化锆陶瓷的基本步骤是：将氯化锆和氢氧化铵、硝酸铵等参与反应的物质混合溶解在一起，形成一定浓度的稳定混合液，然后将混合液进行干燥和热处理，得到粉末，再进行压制、烧结等工艺处理，最终制备成氧化锆陶瓷。

湿化学法制备氧化锆陶瓷的优点是制备过程简单、成本低、粉末制备可控性高、烧结致密性好、生产效率高，因此在工业中广泛应用。

然而，随着氧化锆陶瓷应用领域的拓展和需求的增加，传统湿化学法由于会产生过多有害物质和废气的排放，会对环境造成负面影响，因此需要寻求更为环保的方法。

近年来，人们对溶胶-凝胶法进行了深入研究，该方法结合了湿化学法和凝胶-热分解法的优点，具有高度可控性、制备成本低等特点，广泛应用于氧化物陶瓷制备中。

氧化锆陶瓷的研究不仅包括制备方法的改进，还包括对氧化锆陶瓷的性能、结构等方面的研究。

氧化锆陶瓷的性能优异，其材料力学强度高、耐磨耗性强、抗腐蚀性好等特点使其成为一些高技术领域中的重要材料。

针对氧化锆陶瓷的裂纹扩展和疲劳寿命等问题，也在科研领域普遍受到关注。

同时，结构化学的研究、先进制备技术的研究和新型陶瓷理论的探讨有望为氧化锆陶瓷的制备和应用提供更为广阔的发展空间。

总的来说，氧化锆陶瓷作为一种具有良好性能的陶瓷材料，将在更广泛的领域得到应用。

未来，随着技术的进步和制备方法的不断改进，氧化锆陶瓷材料将会呈现出更为优异的性质和更为广泛的实际应用。

氧化锆陶瓷方法
氧化锆陶瓷是一种高科技陶瓷材料，具有优异的抗磨损、高耐腐蚀、高韧性等特性，因此被广泛应用于医疗器械、汽车、航空航天等领域。

其制备方法主要有以下几种：
1.热等静压法：将氧化锆粉末和添加剂混合均匀，通过预压和热等静压的方式制备氧化锆陶瓷。

2.凝胶注模法：将氧化锆制成的凝胶进行注模，压实后进行烧结，制得氧化锆陶瓷。

3.等离子喷涂法：将氧化锆粉末通过等离子喷涂技术，附着于基材表面形成均匀的涂层，再进行高温烧结，制备出氧化锆陶瓷涂层。

以上是目前较为常见的氧化锆陶瓷制备方法，对于制备出性能优异的氧化锆陶瓷具有重要的参考价值。

氧化锆陶瓷的制备
1.锆的氧化
氧化锆陶瓷制备首先需要将锆氧化。

由于锆是一种低熔点金属，可以
通过电弧氧化或气相氧化来氧化锆。

电弧氧化将金属锆电弧放电到其中一
种气体，使金属蒸发气体中的氧原子，由此产生氧化物膜，制成锆氧化物
粉末。

此外，锆还可以通过气相氧化制备，这种方法利用气体中的氧原子
在高温下与金属直接反应，使金属氧化，制成各种锆氧化物，例如氢氧化锆、氧化锆等。

2.选择锆氧化物
氧化锆陶瓷制备需要选择合适的锆氧化物，锆氧化物可分为两类：一
类是多元锆氧化物，如氧化锆，其分子结构上含有氧原子和锆原子；另一
类是氢氧化锆，其分子结构上含有氢原子和锆原子。

在制备氧化锆陶瓷时，应根据要求选择相应的锆氧化物，其中，氧化锆可用于制备高强度、耐腐
蚀的陶瓷，而氢氧化锆可用于制备低强度、耐热的陶瓷。

3.陶瓷成型。

实验 2 纳米氧化锆的固相合成一、目的和要求1、通过锆盐与氢氧化钠的固相反应，了解固相合成法的特点。

2、掌握固相合成纳米氧化锆的基本原理和制备过程。

二、实验原理氧化锆由于其固有的化学成分、晶体结构、粒度等基本性质，因而具有化学稳定性好、热传导系数小、硬度大等优点，是一种重要的结构和功能陶瓷材料。

普通氧化锆在常温至1170C 以单斜相存在，加热到1170C〜2370E时转变为四方相，2370C以上时由四方相转变成立方相（2700C左右熔融）。

由于纯氧化锆的高温相（立方相或四方相）随着温度的降低会转变成低温相（单斜相）。

要获得室温下稳定的高温相氧化锆，就需要在氧化锆中掺杂某些其它氧化物，如氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化钪等，形成复合氧化物。

这种掺杂的四方相部分稳定或全稳定的氧化锆在相变增韧和微裂纹增韧方面性能优良，具有极高的室温强度和断裂韧性。

用氧化钇稳定的四方相氧化锆（Y-TZP），当晶体粒度控制在纳米级（小于100nm）时，可能带来材料性能的突变，如材料强度和断裂韧性的显著提高等。

同时，氧化钇稳定的氧化锆还是一种优良的气敏材料（用于氧气传感器）和固体电池材料。

目前制备纳米氧化锆粉体的方法分液相法和气相法。

其中液相法有共沉淀法、水热法、溶胶－凝胶法、微乳液法等。

这些方法各有其特点，但也存在很多不足。

如共沉淀法一般是以氧氯化锆为原料，在锆盐溶液中加入沉淀剂，得到氢氧化物沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧、研磨得到氧化锆粉体。

这种方法比较简单易行，可制得粒度小、成分较易控制的多组分纳米粉末，不足之处是制得的粉体往往存在较多的硬团聚体，影响制品的烧结温度和力学性能。

为了解决粉体的团聚问题，采用加入分散剂并控制温度在乙醇中陈化的方法，可制备出低温可烧结的纳米氧化锆粉体。

水热法制备纳米氧化锆一般以锆的无机或有机化合物为原料，可制得粒径小、高分散的粉体。

水热法的不足之处是制备条件较苛刻，成本较高，产量较低。

溶胶－凝胶法和醇盐水解法使用锆的有机化合物，同样存在着原料来源困难，价格较高，水解法反应时间长、产率过低、难以工业化生产等缺陷。

2.1 氧化物结构材料-氧化锆陶瓷ZIRCONIA CERAMICS 结构陶瓷定义：所谓结构陶瓷，是指能作为工程结构材料使用的陶瓷。

它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震等特性。

按组分分类，结构陶瓷又可分为：☐(1)氧化物陶瓷，如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、莫来石陶瓷、氧化镁陶瓷、氧化钙陶瓷、氧化铍陶瓷、锆英石陶瓷等；☐(2)氮化物陶瓷、如氮化硅陶瓷、赛龙(Sialon)、氮化铝陶瓷、氮化硼陶瓷等；☐(3)碳化物陶瓷：如碳化硅陶瓷、碳化钛陶瓷、碳化硼陶瓷以及碳化铀陶瓷☐(4)硼化物陶瓷，如硼化钛陶瓷、硼化锆陶瓷等。

ZrO2陶瓷（ZIRCONIA CERAMICS ）概述由于按照应用性将陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷量大类：结构陶瓷主要利用其力学及机械性能，通常指强度、塑性、韧性、蠕变、弹性、硬度、疲劳等。

氧化锆陶瓷材料有两方面的重要应用：一是结构方面二是功能方面陶瓷的结构应用是陶瓷的最早应用之一，但先进结构陶瓷的发展却相对较晚，起始于20世纪60~70年代。

为了满足迅速发展的宇航、航空、原子能等技术队材料的需要，特别是对高温材料的需要，人们把目光转向了陶瓷。

金属高温材料的耐热温度从20世纪40年代的约800℃发展到70年代的约1100℃，步履日见艰难，因为金属基体熔点的限制。

☐我国从20世纪50年代就开始了先进结构陶瓷的研究，目前研究成的Si3N4其变相陶瓷和SiC表面梯度复相陶瓷的强度达1GPa，断裂韧性分别为10MPa.m1/2和9 MPa.m1/2。

☐（断裂韧性度KIC）☐以上性能均可维持到1400℃，是空气中使用的两种最好的高温材料，是陶瓷发动机零件的最佳候选材料常用的高温氧化物结构陶瓷有：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化铍等，它们的熔点一般都在2000℃以上。

不仅仅用于特殊冶金领域的熔炼坩埚、熔炼纯铂等，还广泛应用在原子能反应堆、火箭、导弹、磁流体发电、玻璃工业、高温模具、飞机工业、电炉等高温领域，最高温度可达3600℃，耐高温腐蚀、抗热冲击、耐磨性好、热稳定性好等优异的要求。

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。