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复合材料中的佼佼者

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满意的发卡
2023-04-02 02:10:26

复合材料中的佼佼者

最佳答案
善良的白羊
欣慰的飞机
2025-08-22 02:04:11

河南工业大学材料科学与工程学院 宋志健 刘世凯 孙亚光

近年来,陶瓷基复合材料的功能化发展与日俱进,可应用的领域也不断扩大,其中氧化锆陶瓷基复合材料由于具有优异的物理和化学性能,并且具有其他陶瓷基复合材料无法比拟的良好韧性,在生物材料、结构材料、耐火材料、环保材料和电子材料等领域均有所应用。

高纯的氧化锆呈白色,一般的呈黄色或灰色。氧化锆是一种弱酸性氧化物,具有良好的化学性质,除硫酸和氢氟酸外,对于其他酸、碱及碱熔体、玻璃熔体和熔融金属都具有很好的稳定性。在大家的认知里,陶瓷一般是又硬又脆的,但氧化锆陶瓷基复合材料具有优良的力学性能,因为氧化锆在常压下温度由高到低呈三种状态存在,即单斜相(m)、四方相(t)、立方相(c)。随着温度变化三种相会依次相互转化,在此过程中会引起陶瓷基体的体积变化,进而在基体中会出现大量的微裂纹,可以分散尖端应力,提高其力学性能。部分稳定氧化锆力学性能优良、导热系数低、抗热震性良好,是一种应用前景广阔的新型结构陶瓷。

可用于牙齿修复、骨关节修复、手术陶瓷刀等生物材料领域。作为齿科修复材料,首先需具有良好的生物相容性,无毒副作用;其次还需具有足够的机械强度,能承受口腔内咬合力的频繁变化;同时,伴随着人们对美观需求的提高,要求齿科修复材料的色泽与天然牙无限接近。

氧化锆陶瓷具有优异的抗弯强度和断裂韧性、良好的生物相容性等特性,且色泽美观与天然牙一样自然,被视为理想的全瓷修复材料,逐渐代替氧化铝陶瓷,在修复硬组织损伤方面扮演着重要的角色。特别是氧化钇稳定氧化锆陶瓷凭借t-m相变增韧,强度可达1000MPa,断裂韧性可达7.2MPa·m0.5。

此外,随着全瓷体加工技术CAD/CAM 的快速发展,氧化锆陶瓷现已被广泛用作齿科修复材料,如牙根管、瓷桩、托槽、牙冠及固定局部义齿等。但是现在发现氧化锆陶瓷存在低温老化现象,在低温(30 300 )潮湿条件下,如处于口腔或生物体内环境,氧化锆会自发地产生t-m相变,导致其力学性能和美观性下降,这种服役过程中的稳定性问题,降低了临床应用效果。近年来,在保证其综合力学性能的基础上,学者针对这一问题以及如何抑制低温老化现象进行了大量的体外时效研究。氧化锆陶瓷的低温老化与晶粒尺寸、稳定剂、残余应力大小有关,可以从氧化锆陶瓷的微观结构、制备工艺、开发设计三方面解决其存在的低温老化问题。

可用作关节假体材料。每年关节置换手术的数量呈稳步增长的趋势。目前,应用于髋关节假体的材料主要是以钛为代表的金属材料。这类金属材料一般使用寿命不超过20年,耐磨性能差,长期使用会导致金属磨削颗粒的产生,从而引起假体周围组织炎症的发生。目前,氧化锆陶瓷植入物因其优异的生物相容性和长期耐磨性而被广泛用作一种髋关节假体材料。与金属材料相比,生物陶瓷能够明显降低植入物的磨损率。例如,3mol%氧化钇部分稳定的四方氧化锆(3Y-TZP),是一种具有优异机械性能的陶瓷材料,在骨科中有很好的应用前景。同时,氧化锆陶瓷材料具有极好的生物相容性、良好的耐腐蚀性,是能满足长期使用要求的潜在替代材料。另外,由于氧化锆陶瓷具有良好的生物相容性、不积累电荷、不生锈、耐磨、锋利度高等特点,使其在医疗器械领域具有潜在用途,有可能用作新型医用陶瓷手术刀片。

可用于陶瓷轴承、研磨球、刹车片等结构陶瓷领域。近年来,工业各领域对高性能材料的需求日益增多。随着 社会 的进步和科学技术的发展,服役于高速、高温、强腐蚀、无磁、无润滑等恶劣工况下的轴承需求越来越多,传统的钢轴承因在高速、高温下寿命、强度、精度等都会下降的原因不能满足工作要求,工程陶瓷性能要远远优于钢轴承。陶瓷材料应用于轴承上能大幅提高轴承工作精度、使用寿命、动态刚度、散热性能、润滑条件等各方面指标,能有效改善机器的使用性能。陶瓷轴承套圈为薄壁环状结构,套圈质量的好坏将影响成品轴承的综合性能和使用寿命。陶瓷轴承加工成本高是制约其广泛应用的关键性问题,其中磨削加工成本占比超过80%。

可用作高温环境下的耐火材料。氧化锆陶瓷的熔点为2715 ,纯致密烧结体的变形温度可达2400 2500 ,热稳定性及高温抗蠕变性能良好。氧化锆陶瓷的热导率比其他陶瓷更低,并且高温化学性能稳定,与多数熔融金属不浸润,是高温隔热及结构材料的理想材料,可应用于金属熔炼、窑炉内衬以及高温防护涂层等。

在环保方面有所应用。城镇居民的人口密度越来越高,日常生活用水的环保处理意义重大。氧化锆陶瓷的化学性质稳定,抗腐蚀,有一定的强度和韧性,耐磨性能优良,并且无毒无害,可以用来制备陶瓷过滤膜。这种过滤膜使用后还可以回收利用。目前国内的氧化锆陶瓷过滤膜与国外的相比还有一定差距。金属器件在日常使用过程中会发生腐蚀,在高温环境下这种现象更为明显,氧化锆陶瓷高温涂层热导率低,抗腐蚀,可以大幅延长金属器件在高温下的使用寿命,提高资源利用率。

在电子材料领域也得到广泛应用。首先氧化锆陶瓷的韧性是其他种类的陶瓷无法企及的,既具有陶瓷的温润手感,又具有相对高的强度和耐磨性能,因此可以用来制作高端手机的后壳。氧化锆传感器具有较高的测氧精度和良好的高温稳定性,被广泛应用于内能机尾气排放中的氧含量检测等领域。氧化锆压电陶瓷由于性能参数多样、振动模式的研究与开发利用增多、器件制作技术进步等因素,近年来得到广泛应用,例如应用于压电点火装置和滤波器等。氧化锆陶瓷还能作为高频感应炉的感应发热体,主要是由它独特的结构和电性能决定的。氧化锆具有负的电阻温度系数,在室温下,是很好的绝热体,具有很高的电阻系数,但是随着温度的升高,其电阻率急剧降低,在1500 左右可以成为十分良好的导体。

氧化锆陶瓷基复合材料具有各种优良的使用性能,被广泛应用到各个领域中,但仍存在一些问题,例如低温老化问题、由于相变导致的失效问题、陶瓷质材料与人体相适应问题、提高陶瓷器件使用寿命问题、制品产业化问题等,都需要我们继续探究。

本文原载于《中国建材报》3月21日9版

责编:丁涛

校对:张健

监审:韩凤凤

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2025-08-22 02:04:11

1 Y-TZP

Y-TZP中稳定剂Y2O3的原子分数通常在2%-3%。与其他陶瓷相比,Y-TZP的烧结温度低,大约在1400-1550℃,材料烧结性能好,致密度高。该陶瓷具有优良的常温力学性能,抗弯强度通常在1000Mpa以上,最高可达2Gpa,断裂韧度一般在10-15Mpa?m1/2,最高达30MPa?m1/2。Y-TZP还表现出良好的耐磨性、耐腐蚀性和生物相容性,被认为是最具发展潜力的陶瓷材料之一,以它为基体已开发出多种多元复合强化氧化锆陶瓷材料并应用于实际。研究表明:当Y2O3为3%时,即3Y-TZP的综合力学性能最优。

但是,Y-TZ有一明显的缺点,即在100-400℃的低温区长期使用时,材料表面向内部发生t→m等温相变,导致力学性能急剧下降,即发生低温性能老化。老化现象在200-300℃温度区间表现最为突出,而且在潮湿空气或有水的环境下,老化速度明显加快。研究发现3Y-TZ在空气中于250℃老化处理1000h,约65%的四方相转变为单斜相,而在180℃、0.3Mpa蒸汽条件下仅保持5h就有87%的四方相转变为单斜相。Y-TZ的这种低温性能老化现象严重地制约着其应用,因此研究Y-TZ的低温老化机理和防止低温老化的途径逐渐成为近年来氧化锆陶瓷材料研究的热点。

2 Mg-PSZ

Mg-PSZ与Y-TZP相比,其突出优点是在相对较高的温度下具有优良的力学性能和抗蠕变性能,属于使用温度低于800℃的中常温结构陶瓷材料。但是Mg-PSZ的研究和开发受到两个不利因素的制约:一是MgO在ZrO2的立方区固溶温度高达1700℃,导致Mg-PSZ的烧结温度很高(一般在1700-1800℃),使材料的制备和工业化十分困难;二是Mg-PSZ在高于1000℃时易产生晶相分离和大量四方相失稳,至使材料性能衰退,严重制约其在高温区的应用。因此,Mg-PSZ今后的研究重点是努力降低烧结温度,实现低温烧结;同时改善其高温力学性能,扩大应用范围。

3 Ce-TZP

CeO2是一种较理想的氧化锆稳定剂,作为稳定剂与Y2O3相比有如下优点:价格低廉,且能在较宽的范围内与氧化锆形成四方相固溶区。在固溶范围内,可使t→m的开始相变温度大大降低,如3.5Y-TZP的相变温度在560℃左右,而20Ce-TZP的相变温度可降低至25℃以下。另一方面,Ce-TZP的临界相变晶粒尺寸比Y-TZP大,因此不需要超细粉末即可制得性能较好的氧化锆陶瓷材料。

在性能方面与Y-TZP相比,Ce-TZP具有较高的断裂韧度和良好的抗低温水热老化性能,不足之处是硬度和强度偏低。Ce-TZP材料不能在还原气氛下烧结,易造成晶粒粗大。研究表明:CeO2原子分数为10-20%时,Ce-TZP的抗弯强度最高,可达800Mpa,而硬度和断裂韧度对晶粒大小有很强的依赖性。这种宏观的力学性能在微观上则表现为裂纹尖端的相变区随Ce-TZP晶粒尺寸增加而增大。所以,制备Ce-TZP陶瓷的关键是适当控制晶粒的长大,获得优良的力学性能。

自觉的心锁
明亮的小海豚
2025-08-22 02:04:11
氧化锆陶瓷如何进行低温烧结呢?随着社会不断的发展, 氧化锆陶瓷 在结构陶瓷领域得到了广泛应用,氧化锆陶瓷烧结是一步很重要的工艺,烧结的好坏将会直接影响之后的陶瓷加工,所以只有烧结温度调节得当,它的胚体才会完美氧化锆陶瓷可采用的烧结方法通常有很多方法。那么氧化锆陶瓷如何进行低温烧结呢?下面由深圳海德精密陶瓷的工作人员为大家介绍:

一、使用粉料的低温烧结

易于烧结粉料的制备方法大致分为通用粉料制备工艺和特殊粉料制备方法,他们的区别主要是制备工艺过程的差异。这里所指的制备工艺过程是母盐的化学组成、母盐的制备条件、煅烧条件、粉碎条件等。

随着粉末颗粒的微细化,粉体的显微结构和性能将会发生很大的变化,尤其是对亚微米一纳米级的粉体来说,它在内部压力、表面活性、熔点等方面都会有意想不到的性能。因此易于烧结的粉料在烧结过程中能加速动力学过程、降低烧结温度和缩短烧结时间。

二、引入添加剂的低温烧结

添加剂能使材料显示出新的功能,提高强度、抑制晶粒成长、促进烧结等。这种方法根据添加剂作用机理可分为如下两类:添加剂的引入使晶格空位增加,易于扩散,使烧结速率加快添加剂的引入使液相在较低的温度下生成,出现液相后晶体能作黏性流动,促进了烧结。

以上氧化锆陶瓷如何进行低温烧结就介绍到这里了,氧化锆陶瓷在工业生产中被广泛的使用,通过低温烧结制备氧化锆陶瓷,可以使能耗降低,从而降低产品成本。一般优质的氧化锆陶瓷的表面是白色,含杂质时呈黄色或灰色,但是通过烧结后会变成黄色。

氧化锆陶瓷 烧结后为什么会变黄:

1、你用的匣钵或者层烧板是不是新的,若是新的需要空烧几次后再烧结产品

2、高温区的温度是不是太高了炉子的烟筒是不是通风良好

3、产品是不是叠放太多了。没有在氧化气氛烧,存在氧空位,产物会有颜色。

4、氧化锆陶瓷原料含有杂质。铁杂质在氧化里是会变黄的。钇掺杂多了也会有颜色也建议把炉盖打开,效果可能完全不一样。

5、最后可能是炉子内部污染问题。

氧化锆陶瓷颜色发黄处理方法:

用白醋和柠檬果皮。先将洁具表面的污垢擦洗干净,再用软布蘸上少许白醋擦拭洁具表面或用柠檬果皮擦拭,洁具就会光亮如新。

以上 氧化锆陶瓷烧结 后为什么会变黄就介绍到这里了,烧结的Y增韧的氧化锆陶瓷在1450°下是白色的。氧化锆的分子量为123.22,理论密度是5.89g/cm3,熔点为2715℃。

发嗲的小刺猬
细心的时光
2025-08-22 02:04:11
氧化锆陶瓷低温时效之后拍sem需要热处理。氧化锆陶瓷的化学热处理削弱了氧化锆陶瓷的负面应力,让其内在结构变得更加的稳定可靠。氧化锆陶瓷作为一种重要的新型材料,被应用到生产之前也要经过一系列的处理过程,这个过程叫做化学热处理。

无奈的汽车
开朗的黄豆
2025-08-22 02:04:11
影响氧化锆陶瓷烧结的因素主要有原始粉料的粒度、添加剂、烧结温度和保温时间、盐类的选择及其煅烧条件、气氛和成型压力等,它们都对材料的性能有不同程度的影响。

(1)原始粉料的粒度:无论是固态或液态的烧结,细颗粒由于增加了烧结的推动力,缩短了原子扩散距离和提高颗粒在液相中的溶解度而导致烧结过程的加速。

(2)添加剂:在固相烧结中,少量添加剂(又称烧结助剂)可与主晶相形成固溶体促进缺陷增加;在液相烧结中,添加剂能改变液相的性质(如黏度、组成等),从而起到促进烧结的作用。

(3)烧结温度和保温时间:在晶体中晶格能愈大,离子结合也愈牢固,离子的扩散也愈困难,所需烧结温度也就愈高。各种晶体结合情况不同,因此烧结温度也相差很大,即使对同一种晶体烧结温度也不是一个固定不变的值。

在烧结高温阶段主要以体积扩散为主,而在低温阶段以表面扩散为主。如果材料的烧结在低温时间较长,不仅不引起致密化反而会因表面扩散改变了气孔的形状而给制黼性能带来了损害。因此从理论上分析应尽可能快地从低温升到高温以创造体积扩散的条件。

(4)盐类的选择及其煅烧条件:在某些情况下,陶瓷的原始粉料并不是直接获得,而是以盐类形式经过加热煅烧后以氧化物形式发生烧结。盐类具有层状结构,当将其煅烧分解时,这种结构往往不能完全破坏,原料盐类与生成物之间若保持结构上的关联性,那么盐类的种类、分解温度和时间将影响烧结氧化物的结构缺陷和内部应变,从而影响烧结速率与性能。

(5)成型压力:陶瓷粉料成型时往往施加一定的压力,除了使其有一定形状和一定强度外,同时也给烧结创造了颗粒间紧密接触的条件,使其烧结时扩散阻力减小。一般地,成型压力愈大,颗粒间接触愈紧密,对烧结愈有利。

以上就是为大家介绍的有关影响氧化锆陶瓷烧结的因素的分析。

清脆的学姐
温婉的果汁
2025-08-22 02:04:11
陶瓷螺丝的性能:

1、物理性能

1)、高低温特性

在高温环境(800摄氏度)下不发生形变、延展,不会降低连接强度。在零下70度的温度下仍可保持好的连接强度。

2)、绝缘特性

氧化锆陶瓷螺丝在常温下能保持良好的绝缘性。室温电阻率10,而在空气中加热到一定温度范围(800度以上)可由绝缘体变为导电体。

3)、防磁特性

氧化锆螺丝和氧化铝螺丝在常规条件均可防磁。

4)、耐磨特性

其超高的硬度(莫氏9级)在持续的摩擦状态下仍能保持原来形状,不被磨损消耗,形状不发生改变。

2、化学稳定性

1)、耐腐蚀特性

氧化锆陶瓷不与强酸、强碱发生化学反应。而在高温(200度以上)水蒸气环境下则会发生老化现像。

2)、抗氧化特性

氧化锆陶瓷具有不渗透氧气等气体和钢铁一类液体金属的良好特性,普遍应用于高温燃料电池、气体测氧探头及金属液测氧探头等。

陶瓷螺丝的应用:

陶瓷螺丝有着耐高温、绝缘、无磁、耐腐蚀、环保美观、永不生锈等优秀特性,不仅可以和传统的塑料螺丝、金属螺丝相媲美,而且近年来陶瓷螺丝的性能不断得以改进,应用领域也越来越宽广,在某些领域中不断替换并取代了传统意义上的螺丝!

应用行业:

1)、航空航天行业(电子设备上绝缘、防干扰性号器件);

2)、电子行业(绝缘、抗干扰、重量轻);

3)、医疗器械行业(绝缘、无磁、 环保、 防干扰性号,使医疗机械设备使用更安全);

4)、石油化工行业(耐高温、耐化学、耐腐蚀,延长设备使用寿命);

5)、通讯行业(绝缘、无磁、安全);

6)、船舶行业(耐酸 耐碱 耐腐蚀,延长使用寿命)等。

阔达的小蝴蝶
冷静的硬币
2025-08-22 02:04:11
陶瓷螺丝指的是由氧化锆、氧化铝、氮化硅等材料制造的螺丝产品,其具有较稳定的物理稳定性及化学稳定性,物理稳定性主要表现在耐高低温、绝缘、防磁、耐磨等方面;化学稳定性主要表面在耐腐蚀、 抗氧化。但因其属硬脆性材料,其力学性能方面目前无法和金属材料相比。当然、随着材料技术的进步以及对产品结构进行改良,这一差距正在逐步缩小。

陶瓷螺丝的物理稳定性

高低温特性

在高温环境(800摄氏度)下不发生形变、延展,不会降低连接强度。在零下70度的温度下仍可保持

好的连接强度。

绝缘特性:

氧化锆陶瓷螺丝在常温下能保持良好的绝缘性。室温电阻率10,而在空气中加热到一定温度范围(800度以上)可由绝缘体变为导电体。

防磁特性

氧化锆螺丝和氧化铝螺丝在常规条件均可防磁。

耐磨特性

其超高的硬度(莫氏9级)在持续的摩擦状态下仍能保持原来形状,不被磨损消耗,形状不发生改变。

陶瓷螺丝的化学稳定性

耐腐蚀特性

氧化锆陶瓷不与强酸、强碱发生化学反应。而在高温(200度以上)水蒸气环境下则会发生老化现像。

抗氧化特性

氧化锆陶瓷具有不渗透氧气等气体和钢铁一类液体金属的良好特性,普遍应用于高温燃料电池、气体测氧探头及金属液测氧探头等。

陶瓷螺丝的应用范围:

陶瓷螺丝有着耐高温、绝缘、无磁、耐腐蚀、环保美观、永不生锈等优秀特性,不仅可以和传统的塑料螺丝、金属螺丝相媲美,而且近年来陶瓷螺丝的性能不断得以改进,应用领域也越来越宽广,在某些领域中不断替换并取代了传统意义上的螺丝!

1)航空航天行业(电子设备上绝缘、防干扰性号器件)

2)电子行业(绝缘、抗干扰、重量轻)

3)医疗器械行业(绝缘、无磁、 环保、 防干扰性号,使医疗机械设备使用更安全)

4)石油化工行业(耐高温、耐化学、耐腐蚀,延长设备使用寿命)

5)通讯行业(绝缘、无磁、安全)

6)船舶行业(耐酸 耐碱 耐腐蚀,延长使用寿命)等

陶瓷螺丝与金属螺丝、塑料螺丝的性能及应用对比

陶瓷螺丝:陶瓷螺丝的优点是耐高温、耐磨、绝缘、防磁、耐腐蚀。力学性能低于金属螺丝。

金属螺丝:金属螺丝的优点是具有较强的抗拉能力及断裂韧性,承爱高温能力差,不绝缘。部分金属螺丝具有一定的耐腐蚀性。

塑料螺丝:塑料螺丝的优点是绝缘、防磁、特殊的塑料螺丝具有耐腐蚀性。其较容易磨损,不适于需要

强度连接的环境。

陶瓷螺丝的分类:

按材料分:氧化锆陶瓷螺丝、氧化铝陶瓷螺丝、氮化硅陶瓷螺丝

按头部形状分:内六角头陶瓷螺丝、六角头陶瓷螺丝、盘头陶瓷螺丝、平/沉头陶瓷螺丝等

按开槽形状分:十字,一字(开槽),六角,米字,梅花等

陶瓷螺丝的制造

陶瓷螺丝主要采用模具成型,现已可实现大批量的模具生产,其不同的模具生产方式均对同样规格、材料的陶瓷螺丝的性能有显著的影响,有的模具生产的陶瓷螺丝在力学性能已接近于金属螺丝,并因其特殊的性能已在很多行业取代金属螺丝。

踏实的板栗
结实的过客
2025-08-22 02:04:11
氧化锆的应用

1.氧化锆耐火材料

氧化锆从20世纪20年代初就被应用于耐火材料领域,直至今天在耐火材料领域仍然占有一席之地。

氧化锆坩埚

如前所述氧化锆的熔点高达2700℃,即使加热到1900多摄氏度也不会与熔融的铝、铁、镍、铂等金属,硅酸盐和酸性炉渣等发生反应,所以用氧化锆材料制作的坩埚能成功地熔炼铂、钯、钌、铯等铂族贵金属及其合金,亦可用来熔炼钾、钠、石英玻璃以及氧化物和盐类等。

氧化锆耐火纤维

氧化锆纤维是唯一一种能够在1600℃以上超高温环境下长期使用的陶瓷纤维耐火材料,具有比氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等更高的使用温度和更好的隔热性能,并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、不易挥发、无污染。这些优异特性决定了氧化锆纤维是一种顶尖的高档耐火纤维材由南京理工大学攻关的氧化锆纤维技术目前已经取得比较成熟的制备工艺。

氧化锆窑炉材料

氧化锆作为耐火材料主要用在大型玻璃池窑的关键部位,早期使用的锆质耐火材料,其氧化锆含量仅为33%~35%,日本旭硝子公司研制成功含氧化锆94%~95%的锆质耐火材料,将其使用在玻璃窑顶部和关键部位,大大提高了玻璃窑的寿命。

将氧化锆熔融、吹制后得到大小不同的氧化锆空心球,制备各种高级隔热砖,避免了陶瓷纤维老化后的粉尘污染问题,主要生产研发厂家有中国钢研科技集团有限公司(原钢铁研究总院)等。

2.氧化锆结构陶瓷

1975年澳大利亚R.G.Garvie以氧化钙为稳定剂制得部分稳定氧化锆,并首次利用氧化锆马氏体相变增韧的效应,提高了韧性和强度,极大的扩展了氧化锆在结构陶瓷领域的应用。

ZrO2增韧陶瓷实际上是由添加不同稳定剂组成的部分稳定ZrO2,其确定的晶体结构是以四方相(亚稳相)为主体的含有立方相和单斜相组成的多晶结构,它具有高的韧性、高的抗弯强度、高的硬度和耐磨性等特点,更显示出应用的广泛性。它在机械、电子、石油、化工、航天、纺织、精密测量仪器、精密机床、生物工程和医疗器械等行业有着广泛的应用前景。

由于部分稳定氧化锆具有低热导率、强度韧性好,低弹性模量,高抗热冲击性,高工作温度(1100℃),所以用于制造狄索尔发动机零件,内燃机零件。它具有小体积,重量轻,热效高,是一种有效的节能发动机。ZrO2增韧陶瓷在内燃机中的应用是成功的。美国绝热发动机计划的目标是取消水冷系统,对燃烧室绝热,利用排出的热能,提高热效率,减少发动机重量。在绝热内燃机中,韧性氧化锆还可用做汽缸内衬、活塞顶、气门导管、进气和排气阀座、轴承、挺杆、凸轮、凸轮随动件和`活塞环等零件。陶瓷绝热内燃机的热效率已达到 48%(普通内燃机为 30%) 。陶瓷绝热内燃机省去了散热器、水泵、冷却管等 360 个零件,质量减少 191 ㎏,增韧陶瓷在转缸式发动机中用做转子。日本、美国、德国等一些技术发达国家用韧性氧化锆制作发动机。同时还用制造计算机驱动组件,密封件,航空发动机的散热叶片等。

部分稳定氧化锆具有高的硬度和耐磨性,所以氧化锆在磨介和磨具领域中有着广泛的应用:如球磨球和球磨机内部衬里和耐磨部件,拉丝模等。我国关于韧性陶瓷在磨介领域占一半以上,而其中氧化锆球占绝对优势。

由于氧化锆没有磁性、不导电、不生锈、耐磨,所以在生物医学器械领域和刀具工具领域中应用很广:如用于医学手术刀和剪磁带等有磁性物质的制品,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,制备避磁的手表表壳、耐腐的表件和其它仪表另件。用来制作切菜刀、剪刀、螺丝刀、榔头、锯、斧头等,既更适宜于切生吃食物和熟食。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。CeO2—ZrO2可以形成很寛范围的四方氧化锆固溶体相区。添加摩尔分数为 15~20�O2可使四方相氧化锆的相变温度降低到 25℃以下。在军事上用作制造防弹盔甲等。在钢铁生产工业用的陶瓷扎辊和导辊,表面摩损很小。

结构陶瓷作为氧化锆的一个新型应用领域,目前越来越为人们所重视。中国目前的氧化锆结构陶瓷,有 70%的企业是由氧化锆铝陶瓷行业转化而来的。中国市场的部分稳定氧化锆的应用正处于起步发展阶段。主要为:光纤接插件及套管、氧化锆磨介、刀具、纺织及烟草机械承板等。其中磨介占据一半以上的份额。市场总量在 300~400 吨/年,其中用于光纤接插件插芯、套管、跳线的氧化锆等在 80~100 吨/年。长期以来,中国的部分稳定氧化锆的生产工艺不够完善、产品质量不高、粉末性能不好。另外,下家客户加工工艺未过关,所以,各使用客户只是试用,而不能正常应用,因此该产品的大部分原粉被日本产品所占领,特别是一些高端行业,如光纤接插件和高级结构陶瓷等,几乎都是用日本的产品。

光纤接插件和光纤跳接线:

用陶瓷制作的光纤连接器与光纤跳接线是光纤网路中应用面最广并且需求量最大的光无源器件。单模多模活动光纤连接器中核心零件,其中主要部件—二氧化锆陶瓷套管(即连接器精密针),它所用的材料就是氧化钇 Y2O3稳定的四方氧化锆粉末。其主要用途有:

氧化锆陶瓷轴承

氧化锆全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨、耐腐蚀、无油自润滑、耐高温、耐高寒等特点,可用于极度恶劣环境及特殊工况。

目前氧化锆陶瓷轴承已被微型冷却风扇所采用,其产品寿命及噪音稳定性均优于传统的滚珠及滑动轴承系统,富士康公司率先在电脑散热风扇上采用了氧化锆陶瓷轴承。

氧化锆陶瓷阀门

目前,我国各个行业中普遍使用的阀门是金属阀门,金属阀门的使用也有100多年的历史,期间虽然也经历过材料及结构的改变,但由于受金属材料自身的限制,金属的腐蚀破坏对阀门耐磨性的作用期限、可靠性、使用寿命具有相当大的影响,机械和腐蚀的作用因素对金属的作用大大地增加了接触表面总的磨损量,阀门操作过程中,摩擦的表面由于同时的机械作用和金属与环境进行化学的或电化学的相互作用的结果产生磨损和破坏,对于阀门而言,其管道工作气候条件的复杂;石油、天然气和油层水等介质中硫化氢、二氧化碳和某些有机酸的出现,使其表面的破坏力增大,从而迅速失去工作能力。

氧化锆陶瓷阀门优良的耐磨性、防腐性、抗高温热震性,能够胜任这一领域。

氧化锆研磨材料

氧化锆磨球具有硬度大、磨损率小、使用寿命长、可大幅减少研磨原料的污染,能够很好地保证产品质量,同时氧化锆材料密度大,用做研磨介质时撞击能量强,可大大提高研磨分散效率,可有效缩短研磨时间。

良好的化学稳定性决定了其耐腐蚀性,可以在酸性和碱性介质中使用。

由中国建筑材料科学研究院研究开发的氧化锆陶瓷磨球,磨损率仅为0.04/24h,在球磨、振动磨、行星磨和搅拌磨等磨机中被广泛采用当作研磨介质。

3.氧化锆功能陶瓷

圆珠笔用氧化锆陶瓷球珠

我国是制笔大国,国际上每5支笔中有4支来自中国,已形成近800亿元/年的市场,一般情况下,圆珠笔用球珠主要是不锈钢和炭化钨材料,但这类球珠在书写过程中经常出现断线、掉珠、死珠、蘸头等现象,目前由河北省勇龙邦大新材料有限公司与清华大学新型陶瓷与工艺国家重点实验室共同研制的“圆珠笔用氧化锆陶瓷球珠”克服了以上缺陷,填补了国内空白,该科技成果已被列为国家制笔行业“十一五”国家重点推广新产品。

氧化锆陶瓷刀具

氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、不会与食物发生反应的特点,同时刀体光泽如玉,是当今世界理想的高科技绿色刀具,目前市场主要产品有:氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手术刀等,近几年在欧、美、日、韩等地已开始流行。

氧化锆高温发热材料

氧化锆在常温下为绝缘材料,比电阻高达1015Ω·cm,温度升高至600℃可以导电,而在1000℃以上时是良导体,可作1800℃高温发热元件,最高工作温度可以达到2400℃,目前已经被成功地用于2000℃以上氧化气氛下的发热元件及其设备中,磁流体发电的电极材料也在积极的研究之中。

氧化锆生物陶瓷材料

烤瓷牙家族中的贵族—氧化锆烤瓷牙,烤瓷牙材料的好坏直接影响它的质量和患者身体健康,因烤瓷牙的内冠是由不同金属材料制作而成,金属内冠易与口腔唾液发生氧化反应,氧化锆材质的烤瓷牙由于没有金属内冠层,牙齿透明度好,光泽度极佳,更有效避免了牙齿过敏和牙龈黑线等问题,具有足够好的遮色能力,能够完美解决重度四环素牙患者的牙齿美容需求,而且氧化锆材质的强韧性弥补了普通烤瓷牙易蹦缺的缺点,生物相容性好,不刺激口腔粘膜组织,易于清洁,是目前国内外最优质的烤瓷牙。

氧化锆涂层材料

高性能Y2O3等稳定剂稳定的氧化锆热障陶瓷涂层材料,主要应用于高性能涡轮航空发动机。

氧化锆通讯材料

近年来随着信息及通信等新兴产业的发展,其产品越来越向高精密、小型化方向发展,增韧氧化锆陶瓷优良的力学性能、耐腐蚀及高绝缘性能能够胜任这一领域,目前已有氧化锆陶瓷插针和氧化锆陶瓷套筒产品问世。在陶瓷PC型光纤活动连接器中,二氧化锆插针体是其关键部件。

氧化锆氧传感器

汽车工业中在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上,氧传感器是必不可少的,目前使用的氧传感器有氧化钛式和氧化锆式两种,其中应用最多的就是氧化锆式氧传感器。

早在20世纪70年代中期,日本汽车生产技术完备却难以进入美国市场,但美国制定新政策限制汽车尾气污染给日本带来了机会,日本科学家把氧化锆制成多孔氧传感器,装在发动机里自动检测发动机里氧气与燃烧气体的比例,并自动控制输入气体和排出气体的比例,从而大大减少汽车排放的有害气体,使日本汽车一举打入美国市场。

4.氧化锆装饰材料

传统意义上的装饰陶瓷由普通硅酸盐系统材料制作而成,例如:陈设瓷中的花瓶、陶瓷画板、室内外装潢用陶瓷墙地砖等。氧化锆装饰材料开创了人类美化自身的新领域,目前主要应用于单纯的佩饰品及兼有应用功能的佩饰品。

氧化锆宝石材料

氧化锆宝石材料分为天然立方氧化锆和人工合成立方氧化锆两种。

自然状态下天然的立方氧化锆极难寻找到,决定了其具有了宝石材料稀有性的特点,自然形成的立方氧化锆颜色非常丰富,大颗优质的天然锆石价格决不在同等的钻石之下,是非常稀少的贵重天然宝石。

人工合成立方氧化锆光学性能良好,是廉价而有美丽的钻石替代品。

氧化锆陶瓷首饰

氧化锆陶瓷首饰目前主要有以下几种类型:

(1)镶嵌了氧化锆的银首饰,在这里氧化锆的范围就比较宽广,包括二氧化锆石、工业二氧化锆、高纯二氧化锆、稳定二氧化锆、超细二氧化锆、锆英砂、锆英粉等,镶有立方氧化锆的银镀铑的首饰特别受欧洲客户的青睐。

(2)单纯氧化锆材料佩饰品,是目前装饰陶瓷市场正悄然兴起的一类产品,国内已有陶瓷生产公司在研究、开发、销售这类产品过程中走在了同行业的前列,对这一产业政府也给予了高度重视,2006年北京市科技型中小企业技术创新基金无偿资助项目中就有彩色氧化锆结构陶瓷的研制,市面上有近300多种新的陶瓷佩饰产品,既包括各种新型的款式也包括各种色泽明快的颜色,而且该类产品在欧、美、日和中国香港等地区均有很好的市场,特别受到欧洲市场的青睐。

(3)兼有应用功能的佩饰品,典型的产品是陶瓷手表表壳、表圈、表带等产品,国际知名品牌Chanel/香奈尔、RADO/雷达等手表均有全陶瓷款式,而且价格不菲。

5.氧化锆其它应用

与氧化锆形成复相材料

与其它材料复合形成的复相材料,比如氧化锆与氧化铝、莫来石等材料形成的复相材料,得到了比单相材料具有更优异性能的新材料。

普通陶瓷添加剂

陶瓷色釉料方面的应用:氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂,若想获得性能较好的钒锆黄颜料,必须选用质纯的氧化锆,另外在釉料制造方面,纯的氧化锆可以提高釉的高温粘度和扩大高温粘度变化的温度范围,有较好的热稳定性,其含量为2%~3%时,能提高釉料的抗龟裂性能,还因氧化锆的化学惰性大,能提高釉料的化学稳定性和抗酸碱侵蚀的能力,有时也被用来制作乳浊釉。

制备铬酸盐原料

制备锆酸盐的原料,由二氧化锆和一些金属氧化物或金属碳酸盐反应生成,它们都是大分子结构,具有各种电性能,为高温、电子元器件等领域所应用。

可靠的电源
甜甜的飞鸟
2025-08-22 02:04:11
它们的性能书中比较很多,碳化硅最大的缺点是很难烧结!

氮化硅是价格较贵!

氧化锆它的相变增韧效果不稳定,有时效性,一旦这一问题克服,不光氧化锆,整个陶瓷领域都会可能有突破!。

氧化铝比较更普遍些便宜些,耐温强度都不错,氧化锆耐磨比氧化铝好,使用温度也高,但是抗热震比氧化铝差。氮化硅的话耐磨抗热震强度等综合性能好,但是使用温度比其他两种要低。价格最贵。

氧化铝陶瓷是应用最早,到现在还在应用的陶瓷材料。价格便宜,性能稳定,产品多样化。市场肯定是氧化铝的大最大,为什么呢?比较后两者,你就明白了。

主要 从性能和价格上进行比较。那么从市场角度就是性价比了。

从价格上来说,氧化铝最便宜,粉体原料的制备工艺也非常成熟,而后两者在这方面具有明显的劣势,这也是制约后两者发展的瓶颈之一。

从性能上来说,氮化硅和氧化锆的强度、韧性等机械性能远优于氧化铝,似乎性价比还合适,但事实上存在很多问题。

先从氧化锆来说,它具有高韧性,原因是有稳定剂的存在,但是它的这种高韧性是有时效性的,比如氧化锆器件放置空气一段时间后,失稳,那么性能就会严重下降,甚至开裂!!!而且高温时候是没有亚稳相,那就没有高韧性的特点,因此无法在高温使用和室温的时效性都严重制约氧化锆发展,应该说它是三者中市场最小的。

谈到氮化硅,也是近二十来年的热门陶瓷,但是它的成品制备工艺也比氧化铝要复杂,相比氧化锆的应用要好得多,但还是不如氧化铝。

闪闪的咖啡
沉默的小丸子
2025-08-22 02:04:11

氧化锆陶瓷呈白色,含杂质时呈黄色或灰色,一般含有HfO2,不易分离。在常压下纯ZrO2共有三种晶态。氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体,氧化锆超细粉末的制备方法很多,氧化锆的提纯主要有氯化和热分解法、碱金属氧化分解法、石灰熔融法、等离子弧法、沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。

氧化锆陶瓷,ZrO2陶瓷,Zirconia Ceramic具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。

纯ZrO2为白色,含杂质时呈黄色或灰色,一般含有HfO2,不易分离。世界上已探明的锆资源约为1900万吨,氧化锆通常是由锆矿石提纯制得。在常压下纯ZrO2共有三种晶态:单斜(Monoclinic)氧化锆(m-ZrO2)、四方(Tetragonal)氧化锆(t-ZrO2)和立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2),上述三种晶型存在于不同的温度范围,并可以相互转化:

温度  密度

单斜(Monoclinic)氧化锆(m-ZrO2)  <950℃  5.65g/cc

四方(Tetragonal)氧化锆(t-ZrO2)  1200-2370℃  6.10g/cc

立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2) >2370℃ 6.27g/cc

上述三种晶态具有不同的理化特性,在实际应用为获得所需要的晶形和使用性能,通常加入不同类型的稳定剂制成不同类型的氧化锆陶瓷,如部分稳定氧化锆(partially stabilized zirconia,PSZ),当稳定剂为CaO、 MgO、Y2O3时,分别表示为Ca-PSZ、 Mg-PSZ、 Y-PSZ等。由亚稳的t- ZrO2组成的四方氧化锆称之为四方氧化锆多晶体陶瓷(tetragonal zirconia polycrysta,TZP)。当加入的稳定剂是Y2O3 、CeO2,则分别表示为Y-TZP、Ce-TZP等。

在结构陶瓷方面,由于氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性,优异的隔热性能,热膨胀系数接近于钢等优点,因此被广泛应用于结构陶瓷领域。主要有:Y-TZP磨球、分散和研磨介质、喷嘴、球阀球座、氧化锆模具、微型风扇轴心、光纤插针、光纤套筒、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、服装纽扣、表壳及表带、手链及吊坠、滚珠轴承、高尔夫球的轻型击球棒及其它室温耐磨零器件等。

在功能陶瓷方面,其优异的耐高温性能作为感应加热管、耐火材料、发热元件使用。氧化锆陶瓷具有敏感的电性能参数,主要应用于氧传感器、固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)和高温发热体等领域。ZrO2具有较高的折射率(N-21^22),在超细的氧化锆粉末中添加一定的着色元素(V2O5, MoO3, Fe2O3等),可将它制成多彩的半透明多晶ZrO2材料,像天然宝石一样闪烁着绚丽多彩的光芒,可制成各种装饰品。另外,氧化锆在热障涂层、催化剂载体、医疗、保健、耐火材料、纺织等领域正得到广泛应用。

氧化锆是一种特殊的材料,增韧的方法,主要是利用氧化锆的相变才能达到的!

纯净的氧化锆是白色固体,含有杂质时会显现灰色或淡黄色,添加显色剂还可显示各种其它颜色。纯氧化锆的分子量为123.22,理论密度是5.89g/cm3,熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪,难以分离,但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态:单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现,加热到1100℃左右转变为四方相,加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化,冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化,容易造成产品的开裂,限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后,四方相可以在常温下稳定,因此在加热以后不会发生体积的突变,大大拓展了氧化锆的应用范围。市场上用来做稳定剂的原料主要是氧化钇。