納米超細高純二氧化鋯的性能、發展及應用簡述
　《納米新材料應用技術》 2013年02月第3期 王航
一、高純二氧化鋯性質簡述  13305631332,   13305631650， qq:524915046
　　　高純二氧化鋯（VK-R50）為白色粉末。 熔點高達 2680℃, 導熱系數、熱膨脹系數、摩擦系數低, 化學穩定性高, 抗蝕性能優良, 尤其具有抗化學侵蝕和微生物侵蝕的能力。 大量用于制 造耐火材料、研磨材料、陶瓷顏料和鋯酸鹽等。 從結構上看, 二氧化鋯由于其具有酸性和堿性表面中心, 因而是一種理想的酸基雙功能催化材料, 在催化領域 起重要作用。二氧化鋯還具有獨特的相變增韌性, 這使二氧化鋯陶瓷不僅強度高, 斷裂韌性也很大。 同時, 二氧化鋯具有高溫氧離子導電性, 這一點在氧傳感器中得以應用。
　　　高純二氧化鋯有三種晶型〔1〕: 低溫為單斜晶系, 相對密 度為 5. 65g /cm3; 高溫為四方晶系, 相對密度為 6.10g/cm3更高溫度下轉變為立方晶系, 相對密度為6.27g/cm3。
　　單斜氧化鋯（VK-R50）加熱到 1170℃時轉變為四方氧化鋯, 這 個 轉 變 速 度 很 快 并 伴 隨 7%～ 9% 的 體 積 收 縮。 但在冷卻過程中, 四方氧化鋯往往不在 1170℃轉變為單斜氧化鋯, 而在 1000℃左右轉變, 是一種滯后的轉變, 同時伴隨著體積膨脹。
　　
二、二氧化鋯的發展歷程
　　　擁有國際一流納米、新材料產品，為客戶提供最優質服務。正是堅持這樣的目標，宣城晶瑞新材料有限公司推出超細高純納米二氧化鋯粉體VK-R50。
　　　自從1975年澳大利亞學者K.C.Ganvil首次提出利用Zr2O(VK-R50Y3)相變同時產生的體積效應來達到增韌陶瓷的新概念以來，對ZrO2陶瓷用作結構材料的研究就十分活躍，從相變結晶學、熱力學、增韌機理及材料制備系統與工藝等方面入手，企圖使ZrO2陶瓷材料或用ZrO2 (VK-R50Y3)增韌后的陶瓷發揮更大的效用。目前研究報導較多的材料系統并具有一定效果的有:部分穩定氧化鋯(VK-R50Y3);多晶四方ZrO2 (VK-R50Y5);氧化鋯增韌氧化鋁(VK-L30);氧化鋯增韌莫來石(ZTM);增韌Si3N4、SiC及超塑性氧化鋯等幾方面，其他增韌ALN、堇青石、尖晶石等亦有報導。由于ZrO2相變增韌使Al2O3、莫來石、SiN4、SiC的斷裂性能亦有不同程度的提高，Si3N4的材料Kic從4.8一5.8提高至7左右，Al2O3材料KiC。由4.5提高到9.8。為這些材料的進一步應用提供了力學性能上的保證。
　　　　　三、二氧化鋯的應用
　　　1.二氧化鋯耐火材料
　　二氧化鋯從20世紀20年代初就被應用于耐火材料領域，直至今天在耐火材料領域仍然占有一席之地。
　　　二氧化鋯坩堝
　　如前所述氧化鋯的熔點高達2700℃，即使加熱到1900多攝氏度也不會與熔融的鋁、鐵、鎳、鉑等金屬，硅酸鹽和酸性爐渣等發生反應，所以用二氧化鋯（VK-R50Y3）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。
　　　二氧化鋯耐火纖維
　　二氧化鋯（VK-R50）纖維是唯一一種能夠在1600℃以上超高溫環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，并且高溫化學性質穩定、耐腐蝕、抗氧化、不易揮發、無污染。這些優異特性決定了二氧化鋯纖維是一種頂尖的高檔耐火纖維材。
　　　二氧化鋯窯爐材料
　　二氧化鋯（VK-R50）作為耐火材料主要用在大型玻璃池窯的關鍵部位，早期使用的鋯質耐火材料，其氧化鋯含量僅為92%-95%,杭州萬景新材料有限公司研制成功含氧化鋯99.9%以上的鋯質耐火材料，將其使用在玻璃窯頂部和關鍵部位，大大提高了玻璃窯的壽命。
　　將二氧化鋯（VK-R50）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.氧化鋯結構陶瓷
　　1975年澳大利亞R.G.Garvie以氧化鈣為穩定劑制得部分穩定氧化鋯，并首次利用氧化鋯馬氏體相變增韌的效應，提高了韌性和強度，極大的擴展了氧化鋯在結構陶瓷領域的應用。 
　　ZrO2增韌陶瓷實際上是由添加不同穩定劑組成的部分穩定ZrO2，其確定的晶體結構是以四方相（亞穩相）為主體的含有立方相和單斜相組成的多晶結構，它具有高的韌性、高的抗彎強度、高的硬度和耐磨性等特點，更顯示出應用的廣泛性。它在機械、電子、石油、化工、航天、紡織、精密測量儀器、精密機床、生物工程和醫療器械等行業有著廣泛的應用前景。 
　 
　　　結構陶瓷作為氧化鋯的一個新型應用領域，
　　目前越來越為人們所重視。中國目前的氧化鋯結構陶瓷，有 70%的企業是由氧化鋯鋁陶瓷行業轉化而來的。中國市場的部分穩定氧化鋯的應用正處于起步發展階段。主要為：光纖接插件及套管、氧化鋯磨介、刀具、紡織及煙草機械承板等。
　　光纖接插件和光纖跳接線： 
　　用陶瓷制作的光纖連接器與光纖跳接線是光纖網路中應用面最廣并且需求量最大的光源器件。單模多模活動光纖連接器中核心零件,其中主要部件—二氧化鋯陶瓷套管（即連接器精密針），它所用的材料就是氧化釔 Y2O3 穩定的四方氧化鋯粉末。其主要用途有：
　　　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，可用于極度惡劣環境及特殊工況。
　　目前氧化鋯陶瓷軸承已被微型冷卻風扇所采用，其產品壽命及噪音穩定性均優于傳統的滾珠及滑動軸承系統，富士康公司率先在電腦散熱風扇上采用了氧化鋯陶瓷軸承。
　　　氧化鋯陶瓷閥門
　　目前，我國各個行業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，期間雖然也經歷過材料及結構的改變，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、使用壽命具有相當大的影響，機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的機械作用和金屬與環境進行化學的或電化學的相互作用的結果產生磨損和破壞，對于閥門而言，其管道工作氣候條件的復雜；石油、天然氣和油層水等介質中硫化氫、二氧化碳和某些有機酸的出現，使其表面的破壞力增大，從而迅速失去工作能力。
　　氧化鋯陶瓷閥門優良的耐磨性、防腐性、抗高溫熱震性，能夠勝任這一領域。
　　　二氧化鋯研磨材料（VK-R50Y3）
　　二氧化鋯（VK-R50Y3）磨球具有硬度大、磨損率小、使用壽命長、可大幅減少研磨原料的污染，能夠很好地保證產品質量，同時氧化鋯材料密度大，用做研磨介質時撞擊能量強，可大大提高研磨分散效率，可有效縮短研磨時間。
　　良好的化學穩定性決定了其耐腐蝕性，可以在酸性和堿性介質中使用。
　　由中國建筑材料科學研究院研究開發的二氧化鋯（VK-R50Y3）陶瓷磨球，磨損率僅為0.04/24h，在球磨、振動磨、行星磨和攪拌磨等磨機中被廣泛采用當作研磨介質。
　　　3.氧化鋯功能陶瓷
　　　二氧化鋯（VK-R50Y3）陶瓷刀具
　　二氧化鋯（VK-R50Y3）陶瓷刀具具有高強度、耐磨損、無氧化、不生銹、耐酸堿、防靜電、不會與食物發生反應的特點，同時刀體光澤如玉，是當今世界理想的高科技綠色刀具，目前市場主要產品有：氧化鋯陶瓷餐刀、剪刀、剃須刀、手術刀等，近幾年在歐、美、日、韓等地已開始流行。
　　　二氧化鋯高溫發熱材料
　　二氧化鋯在常溫下為絕緣材料，比電阻高達1015Ω·cm，溫度升高至600℃可以導電，而在1000℃以上時是良導體，可作1800℃高溫發熱元件，最高工作溫度可以達到2400℃，目前已經被成功地用于2000℃以上氧化氣氛下的發熱元件及其設備中，磁流體發電的電極材料也在積極的研究之中。
　　　二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量和患者身體健康，因烤瓷牙的內冠是由不同金屬材料制作而成，金屬內冠易與口腔唾液發生氧化反應，氧化鋯材質的烤瓷牙由于沒有金屬內冠層，牙齒透明度好，光澤度極佳，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素牙患者的牙齒美容需求，而且氧化鋯材質的強韌性彌補了普通烤瓷牙易蹦缺的缺點，生物相容性好，不刺激口腔粘膜組織，易于清潔，是目前國內外最優質的烤瓷牙。
　　　擁有國際一流納米、新材料產品，為客戶提供最優質服務。正是堅持這樣的目標，宣城晶瑞新材料有限公司再次推出新產品——牙科用高透二氧化鋯（Vk-R200KR）
　　　宣城晶瑞新材料有限公司是一家從事納米技術研究、生產以及應用的高新技術企業。是國內產量最大、生產品種最多的納米氧化物生產基地。公司擁有年產600噸納米二氧化鈦及200噸高催化活性納米二氧化鈦及其系列產品；年產800噸納米三氧化二鋁及1000噸5N高純三氧化二鋁其系列產品；年產1000噸超細二氧化鋯及其系列產品；年產200噸納米無機抗菌劑及其系列產品。
　　　5.二氧化鋯其它應用
　　　與二氧化鋯形成復相材料
　　與其它材料復合形成的復相材料，比如氧化鋯與氧化鋁（VK-L30）、莫來石等材料形成的復相材料，得到了比單相材料具有更優異性能的新材料。
　　　普通陶瓷添加劑
　　陶瓷色釉料方面的應用：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大高溫粘度變化的溫度范圍，有較好的熱穩定性，其含量為2%~3%時，能提高釉料的抗龜裂性能，還因二氧化鋯的化學惰性大，能提高釉料的化學穩定性和抗酸堿侵蝕的能力，有時也被用來制作乳濁釉。
　　　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生成，它們都是大分子結構，具有各種電性能，為高溫、電子元器件等領域所應用。
四、氧化鋯的發展前景
　　高性能結構陶瓷的開發研究已引起世界工業先進國家的高度重視，并成為研究、投資、生產十分活躍的領域，尤其是日本、美國等國家都投入可觀的經費。我國歷來對發展新型陶瓷材料高度重視，并取得了許多重大成果。宣城晶瑞新材料有限公司已經能夠生產高質量二氧化鋯超細粉體（VK-R50），且大部分產品出口。今后的發展將朝著超細、高純方向發展，產品制造方面將朝著新功能、新應用領域方向發展，不斷擴大氧化鋯應用領域。