氧化锆陶瓷（氧化锆增韧陶瓷）ppt课件.ppt

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1、5.2ZrO2陶瓷一、ZrO2的性质二、ZrO2的结晶形态和晶形转化三、ZrO2陶瓷制造工艺四、ZrO2的性能与应用五、ZrO2增韧陶瓷1、ZrO2相变增韧机理2、几种典型的ZrO2增韧陶瓷3、ZrO2增韧陶瓷研究发展趋势一、ZrO2的性质含锆的矿石，在自然界中主要有两种：斜锆石（ZrO2）和锆英石（ZrO2•SiO2）。ZrO2是由含锆矿石提炼出来的。较纯的ZrO2粉呈黄色或灰色，高纯的ZrO2粉呈白色。ZrO2的密度为5.49g/cm3，熔点为2715℃。二、ZrO2的结晶形态和晶形转化在不同温度下，以三种同质异形体(allomorphish)存在，即单斜晶系(mon

2、ocliniesystem，m-ZrO2)、四方晶系(taragonalsystem，t-ZrO2)、立方晶系(cubiesystem，c-ZrO2)。三种晶型的ZrO2密度为：单斜型为5.65g/cm3，四方型为6.10g/cm3，立方型为6.27g/cm3。其转化如下：单斜ZrO2四方ZrO2立方ZrO2液相上述3种晶型之间可以相互转化。由单斜相向四方相转化时会伴随有7%左右的体积变化。加热时由单斜-ZrO2→四方-ZrO2，体积收缩。冷却时由四方-ZrO2→单斜-ZrO2，体积膨胀。但这种收缩与膨胀并不发生在同一温度，前者约在1200℃，后者约在1000℃。1170

3、℃2370℃2715℃三、ZrO2陶瓷制造工艺纯ZrO2制品往往在生产过程（从高温到室温的冷却过程）中会发生t-ZrO2转变为m-ZrO2的相变，并伴随着体积变化产生裂纹，甚至碎裂，因此无多大的工程价值。后来通过实践发现，当加入适当的稳定剂，如Y2O3、MgO、CaO、CeO等，可使ZrO2变成无异常膨胀、收缩的稳定ZrO2。利用稳定和部分稳定的ZrO2备料，能获得性能良好的ZrO2陶瓷。Y2O3–PSZ（Y2O3部分稳定ZrO2）是将原来稳定ZrO2所需的Y2O3量从8mol%以上减少到3~4mol%。据报道，Y2O3含量为3mol%的组成能明显提高ZrO2陶瓷的强度。

4、ZrO2陶瓷成型可采用注浆法或干压法成型。注浆成型时，可向ZrO2细粉中加入少量的阿拉伯树胶（浓度为10%的约7%）和20%左右的蒸馏水，具有良好的注浆性能浆料。采用热压法可制得透明ZrO2陶瓷。烧成温度为1650~1800℃，保温2~4小时。部分PSZ材料的强度和断裂韧性稳定剂成分四方相含量(%)KIC(MPa.m1/2)强度(MPa)晶粒(mm)MgO3%409.565060MgO9%40960080(CaO+MgO)10mol%105.636060CaO3.7%406.864580Y2O36%305.9600Y2O32.5mol%976.47001Y2O33mol%

5、3091400四、ZrO2的性能与应用据统计，2000年世界ZrO2的销售额约为450亿美元，其中日本占41%~42%，而居世界第2位的美国仅占22%左右。目前，日本在原料粉体的制造、电子陶瓷和结构陶瓷方面居世界领先地位。1.ZrO2结构陶瓷(1)由于ZrO2陶瓷耐火度高，比热和导热系数小，因此是理想的高温绝缘材料；化学稳定性好，高温时仍能抗酸性和中性物质的腐蚀。ZrO2坩埚可用于冶炼金属及合金，如铂、铷、铑等的冶炼和提纯。(2)部分稳定ZrO2具有高的硬度和耐磨性，因此ZrO2在磨介和磨具领域中有着广泛的应用。如球磨球、球磨机内衬和耐磨部件、拉丝模等。由于氧化锆没有磁性

6、、不导电、不生锈、耐磨，因此在生物医学器械领域和刀具、工具领域中应用很广，可制作人造骨骼、人造关节、人工牙齿等。近来部分稳定ZrO2通过粉末冶金方法，制备手表壳、耐腐蚀的表件和其它仪表零件。也可以用来制作菜刀、剪刀、螺丝刀、榔头、锯、斧头等等。日本近来开发出高铈氧化锆增韧陶瓷刀具，复合物用Ce2O3作稳定剂，以取代金属陶瓷，断裂韧性是金属的3倍，切削能力提高1.5倍。(3)微型风扇轴心噪音和寿命长期以来是决定微型冷却风扇性能的重要因素。噪音令人烦躁，寿命则关系到风扇的可靠性，而轴承系统则是决定上述两项性能的关键因素。氧化锆陶瓷材料具有高强度、高韧性、耐高温及耐磨损、抗腐蚀

7、等优点，用在冷却风扇轴承系统，制得的氧化锆轴心，在噪音稳定性、耐磨性、使用寿命等方面均优于传统轴心。该轴心主要用于电脑机壳散热器和中央处理器（CPU）的微型散热风扇上。2003年夏季，台湾电脑公司富士康率先推出了采用这种陶瓷轴承系列电脑散热风扇。2.ZrO2功能陶瓷Y2O3的ZrO2陶瓷具有敏感的电性能，是近几年来发展的新材料，主要应用于各种传感器、第三代燃料电池和高温发热体等。而且ZrO2材料高温下具有导电性及晶体结构存在氧离子缺位的特性，可制成各种功能元件。（1）氧传感器。传感器主要用于工业生产、监控、品质检验，用来提高设