中国粉体网讯 氧化锆是一种性能优越且同时具有耐酸碱性的无机非金属材料。它具有稳定的化学性质、熔点高、导热系数小、硬度、强度高、耐磨损。氧化锆性质的优越性，使氧化锆及制品成为结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、热涂层陶瓷的主要原料之一，在军工、能源、冶金以及电子、通讯、汽车、机械等高新技术领域的应用前景十分广泛。今天我们要讲的，是氧化锆作为添加剂在提高其它陶瓷材料的性能方面的应用。
对氧化锆陶瓷的影响
纳米氧化锆对普通的氧化锆制品性能有一定的积极影响。
樊拓等在电熔单斜氧化锆原料中添加不同含量的CaO稳定剂，通过试样烧后矿物相组成、显气孔率、耐压强度确定最佳CaO稳定剂添加量。在最佳CaO稳定剂添加量的基础上加入纳米级氧化锆粉体，研究纳米级氧化锆粉体添加量对氧化锆制品性能的影响，结果表明：在最佳试样（3Ca-PSZ）中加入纳米氧化锆粉体，随着加入量的增加，试样的显气孔率下降、烧成收缩率增加、耐压强度提高。其中纳米氧化锆粉体添加比例为8wt%时，试样气孔率为9.4%，体积密度为5.08g/cm3，抗压强度达到381MPa。与3Ca-PSZ试样相比，气孔率下降40%，体积密度提高5%，耐压强度提高70%。
对氧化镁陶瓷的影响
氧化镁陶瓷熔点高达2800℃，具有良好的耐高温性能和电绝缘性，且其对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力，与镁、镍、铀、钍、锌、铝、铁、铜、铂等不发生化学反应，可用于制备冶炼金属的坩埚、浇注金属的注模、高温热电偶的保护管、高温炉的炉衬材料等。但是，在温度剧变(即热震作用)的环境下，氧化镁陶瓷强度会大幅下降，发生剥落甚至脆裂，降低了氧化镁陶瓷服役的安全可靠性。因此，提高氧化镁陶瓷的抗热震性，延长其在高温下的使用寿命具有重要的实际意义。
由于ZrO2发生马氏体相变(t-ZrO2转为m-ZrO2)时伴随体积和形状的变化，能吸收能量，减缓裂纹尖端应力的集中，阻止裂纹扩展，提高陶瓷的韧性。不少研究表明，加入ZrO2可以提高镁质材料的抗热震性或烧结性能。
薛宗伟等以高纯氧化镁粉、纳米单斜氧化锆粉为原料，通过配料、成型，分别在1350℃、1450℃、1550℃保温2h后烧结，制备了氧化镁陶瓷试样。研究了单斜氧化锆加入量、烧结温度对氧化镁陶瓷的烧结性能和抗热震性的影响。结果表明：加入纳米单斜氧化锆可以提高氧化镁陶瓷的显微结构均匀性，降低烧结温度和促进试样的致密化；加入纳米单斜氧化锆的试样通过微裂纹增韧、相变增韧以及微裂纹偏转增韧提高氧化镁陶瓷的抗热震性。
赵志鹏等研究了不同晶型ZrO2纳米粉对氧化镁陶瓷烧结和抗热震性的影响，结果表明：加入的ZrO2弥散分布于方镁石晶粒晶界处，提高了试样的致密度；加入m-ZrO2的试样中，ZrO2与MgO形成了固溶体，活化了方镁石晶体的晶格，大幅度促进了试样的烧结，同时ZrO2以相变增韧和第二相增韧的复合增韧机制提高了抗热震性；加入t-ZrO2和c-ZrO2的试样中，ZrO2以第二相增韧机制提高了抗热震性。
对氧化铝陶瓷的影响
Al2O3陶瓷以其高强度、高硬度、高耐磨、抗氧化及抗热震等优异性能，在机械、电子、化工等领域得到广泛应用。纯Al2O3陶瓷的高温性能好，但韧性不足，抗冲击能力差，切削时易发生轻微崩刃，通过在Al2O3基体中添加氧化锆，制得氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷，可明显改善这一现象。
在ZTA陶瓷中，Al2O3基体上均匀弥散分布着ZrO2粒子，随着温度的变化，ZrO2粒子发生相变，这种相变属于马氏体相变，会相应的产生体积膨胀和切应变，导致张应力和微裂纹的形成。某些小尺寸的ZrO2粒子在张应力的作用下产生微裂纹，这些裂纹局限在小尺寸晶粒中，其萌生和扩展等都会消耗外应力场的能量，进而提高Al2O3陶瓷的韧性和强度。因此ZTA陶瓷是非常具有前途的陶瓷材料。
对氮化硅陶瓷的影响
氮化硅陶瓷由于高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变等优异的性能而被认为是一种综合性能最好的结构陶瓷材料，但其固有脆性阻碍了其在市场上的广泛应用。不少学者对ZrO2增韧Si3N4陶瓷进行了研究，取得了较大进展。
李荐等通过无压烧结制备了ZrO2-Si3N4复合陶瓷材料，并以排水法、SEM和DDL110型万能拉伸机进行表征。研究了ZrO2含量对Si3N4陶瓷的致密度、显微结构和力学性能的影响。结果表明，随着ZrO2含量的增加，Si3N4陶瓷致密度增加；抗弯强度和断裂韧性先增大后减小，当ZrO2含量达到10％时，Si3N4的抗弯强度和断裂韧性同时达到最大值，分别为362MPa和7.0MPa·m1/2。
对氮化铝陶瓷的影响
AlN陶瓷具有高热导率、优良的电学性能、低热膨胀系数等优点，常作为电路封装基板的理想材料。然而，与Si3N4和SiC等陶瓷材料相比，AlN陶瓷断裂韧性较低，这降低了其抗热震性能，并增加了其切削加工难度。
刘聪等通过添加纳米ZrO2粉体，并结合Y2O3烧结助剂，采用热压烧结制备了AlN陶瓷。结果表明，加入ZrO2后，热压AlN陶瓷的物相包含AlN主相、Al5Y3O12晶界相以及ZrN新相。随着ZrO2的加入，热压AlN陶瓷的维氏硬度基本没有变化，然而其断裂韧性逐渐提高。这主要是由于添加的ZrO2与AlN发生高温反应生成了ZrN，导致AlN陶瓷从单一的沿晶断裂模式转变为包含沿晶和穿晶的混合断裂模式，强化了晶界，进而改善了断裂韧性。
对BaTiO3陶瓷的影响
近些年来，人们对电子陶瓷的开发和研究十分关注。其中钛酸钡陶瓷由于具有介电常数高、铁电性能良好等优点被广泛应用于各种传感器、片式电容器等方面。然而纯钛酸钡的居里温度是120℃，导致其不能在室温下使用。为提高钛酸钡基陶瓷材料的介电性能，研究人员向其中掺杂各种氧化物，已经获得了部分掺杂氧化物与材料性能的关系，因此向钛酸钡基陶瓷材料中掺杂氧化物是当前对钛酸钡陶瓷研究领域的重点内容之一。
郑玉等以BaCO3、TiO2、ZrO2为原料，采用固相烧结法制备不同Zr含量的锆钛酸钡（BZT）陶瓷。实验表明，随着Zr4+掺量的增加，晶面衍射峰向小角度方向移动，BZT晶粒的生长逐渐规则。介电峰位随着Zr4+增加向低温区域移动。在室温环境中Zr4+掺量为20%时，BZT陶瓷介电常数最大，介电损耗最小。
对氧化锌压敏陶瓷电性能的影响
ZnO压敏陶瓷由于其优异的非线性V-I特性和大能量吸收能力，广泛应用于电子线路、器件和电力系统的过电压保护中。ZnO陶瓷遭受短时大脉冲时，可能由于热应力过大而炸裂，热应力诱发的炸裂是氧化锌阀片主要的破坏方式之一。使用热缓冲材料提高ZnO压敏陶瓷的抗热震性能，是一种提高能量耐受能力的有效方法。ZrO2化学性质不活泼，熔点高(～2700℃)，电阻率高，膨胀系数低，是一种较为理想的热缓冲材料。
对陶瓷结合剂的影响
陶瓷结合剂耐火度和流动性对磨具有重要影响，适当的耐火度和流动性有助于磨具的烧成，也利于结合剂与磨料充分融合和包裹；同时，陶瓷结合剂对磨料有很强的润湿能力，能大幅提高磨具的强度，从而延长磨具寿命。其中，ZrO2对陶瓷结合剂和磨具的影响比较显著。
李启泉等以Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2基础玻璃加入ZrO2来制备陶瓷结合剂，研究ZrO2加入量对立方氮化硼磨具性能的影响。结果表明：随着ZrO2含量的增加，结合剂的耐火度提高，高温流动性变差，且ZrO2能够促进玻璃相析晶；当ZrO2的含量为1%时，磨具试条的硬度达到HRB110.6，抗弯强度为68.23MPa，提高了27.9%，同时耐磨性急剧提高，磨耗比提高119%。
参考来源：
[1]薛宗伟等.纳米氧化锆对氧化镁陶瓷抗热震性的影响
[2]樊拓等.纳米氧化锆添加量对氧化锆制品性能的影响
[3]李启泉等.ZrO2对陶瓷结合剂CBN磨具性能的影响
[4]赵志鹏等.不同晶型ZrO2纳米粉对氧化镁陶瓷烧结和抗热震性的影响
[5]刘聪等.ZrO2对热压AlN陶瓷的显微结构与力学性能的影响
[6]郑玉等.ZrO2掺杂对BaTiO3陶瓷结构和介电性能的影响
[7]何锦强等.ZrO2掺杂对氧化锌压敏陶瓷电性能的影响
[8]李荐等.添加ZrO2对Si3N4复合陶瓷材料力学性能的影响
（中国粉体网编辑整理/山川）
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