氧化鋯是20世紀70年代發(fā)展起來的新型結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于具有耐磨損、耐腐蝕、強度大、熔點高等特性，在冶金、電子、化工、機械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在不同條件下，氧化鋯有三種不同的晶型存在：立方相（c-ZrO2）)、四方相（t-ZrO2）和單斜相（m-ZrO2）以上3種晶型存在于不同的溫度范圍，并可以相互轉(zhuǎn)化。

      圖1 氧化鋯晶體結(jié)構(gòu)

      （左：立方相；中：四方相；右：單斜相）

      氧化鋯陶瓷材料作為先進陶瓷中最重要的一類材料，是現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要基礎(chǔ)材料。尤其是納米氧化陶瓷以其特殊的結(jié)構(gòu)和性能，已成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點。下面小編簡要就制備納米氧化鋯陶瓷所需的粉體材料進行介紹。

      1、Ni-P包覆納米氧化鋯復(fù)合粉體

      Ni-P包覆納米氧化鋯復(fù)合粉體制備工藝過程是首先利用化學(xué)沉淀法制備了納米ZrO2粉體，然后采用化學(xué)鍍方法制備了Ni-P包覆納米ZrO2粉體。由于ZrO2在化學(xué)鍍鎳溶液中不具備自催化活性，必須對ZrO2納米粒子進行前處理，一般采用一步鈀催化法，Pd2+直接吸附在ZrO2粉體表面上，然后在還原性溶液中將Pd2+還原成金屬鈀，這樣的納米粉體表面就具有了化學(xué)鍍鎳所具有的催化活性。一般對于非導(dǎo)電性能的粉體預(yù)處理過程采用敏化-活化兩步法。但是兩步法處理后，殘留在粉體中的亞鎳離子很難除去，常常給粉體的活性帶來不利影響，目前用一步鈀催化法和原位鈀等預(yù)處理。

      目前，Ni-P包覆納米氧化鋯復(fù)合粉體制備的陶瓷材料在半導(dǎo)體納米材料中得到越來越廣泛的應(yīng)用和研究。

      圖2 Ni-P包覆納米氧化鋯復(fù)合粉體SEM圖

      2、氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷復(fù)合粉體

      氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷是目前人們研究最廣泛的結(jié)構(gòu)陶瓷材料之一。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷的增韌機理是基體晶粒的細化、相變韌化、微裂紋增韌、裂紋的轉(zhuǎn)向與分叉。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷的性能主要由其在燒結(jié)過程中形成的顯微結(jié)構(gòu)，而顯微結(jié)構(gòu)又主要由原料的粉體狀態(tài)來決定，所以有目的地進行粉體制備和粉體性能調(diào)控、處理，以制備優(yōu)質(zhì)Al2O3/ZrO2納米復(fù)合陶瓷粉體是制備性能優(yōu)異氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷的前提。Al2O3/ZrO2納米復(fù)合陶瓷粉體制備方法主要有機械混合法、多相懸浮液混合法、溶膠-凝膠法、化學(xué)沉淀法等。

      氧化鋯增韌氧化鋁復(fù)合陶瓷系統(tǒng)中，氧化鋁是一種高強度的基體，填隙的氧化鋯提供相變增韌機制，利用ZrO2的相變特性對陶瓷材料進行增韌仍是今后陶瓷增韌研究的主要課題之一。

      氧化鋯增韌氧化鋁復(fù)合陶瓷具有優(yōu)良的抗腐蝕性、抗熱振性、較高的強度和韌性，具有廣泛的應(yīng)用前景。用氧化鋯增韌氧化鋁復(fù)合陶瓷可以制作陶瓷刀具用來實現(xiàn)對鑄鐵和合金的加工，還可以制成工程陶瓷的界面結(jié)構(gòu)，以延長工程材料的使用壽命，用氧化鋯增韌氧化鋁可以制成耐磨瓷球，因為氧化鋁陶瓷材料具有良好的生物相容性，還可以作為生物醫(yī)用材料，用于硬組織（牙齒）的重建和修復(fù)。

      3、氮化硼-氧化鋯復(fù)合粉體

      氮化硼-氧化鋯復(fù)合粉體制備是利用機械混合法，以氮化硼、氧化鋯和添加助劑為主要原料，經(jīng)混合配料后在酒精介質(zhì)中球磨混料，干燥后制備得到復(fù)合粉體。其后裝模在熱壓燒結(jié)爐中燒成氮化硼氧化鋯復(fù)合陶瓷。由純氮化硼本身燒結(jié)能力差，難以燒結(jié)致密化，一般情況下需添加CaO、B2O3、Al2O3、ZnO等作為燒結(jié)助劑。

      圖3 氮化硼-氧化鋯復(fù)合陶瓷

      氮化硼-氧化鋯復(fù)合陶瓷具有高強度、高韌性、高導(dǎo)熱、低膨脹，以及具備與熔融金屬呈現(xiàn)化學(xué)惰性、化學(xué)腐蝕性等優(yōu)良的物化性能，另外，產(chǎn)品還具有優(yōu)良的抗熱震、抗侵蝕、耐磨性和易加工等性能，使得該材料可適用于薄帶連鑄側(cè)封板、噴射成形導(dǎo)液管、金屬噴絲用噴嘴、連鑄功能耐火材料等多個領(lǐng)域。

      4、t-ZrO2-TiN納米復(fù)合粉體

      t-ZrO2-TiN納米復(fù)合粉體是利用化學(xué)沉淀法以ZrOCl2·8H2O、Y（NO3）·6H2O、Ti（SO4）2為原料，以氨水作沉淀劑，經(jīng)化學(xué)共沉淀得到ZrO2-TiO2-Y2O3系統(tǒng)的水合氫氧化物膠體。除去雜質(zhì)離子脫水后經(jīng)高溫煅燒從而獲得t-ZrO2-TiO2-Y2O3細粉，采用氨氣還原氮化法，在流動的氨氣氛下原位反應(yīng)生成氮化鈦，同時保持四方相氧化鋯含量和結(jié)構(gòu)不變，通過高溫下選性氮化反應(yīng)即可得到產(chǎn)物，經(jīng)表征氮化后復(fù)合粉體中t-ZrO2的粒徑為50～70nm，氮化效果可達到98%以上。

      TiN與絕大部分重要的工程陶瓷材料都有良好的相容性，將TiN引入四方多晶氧化鋯材料中，利用TiN的高熔點，高硬度來提高材料的耐磨性能和硬度并能起到補強增韌的效果還可以利用TiN的高導(dǎo)電性，采用電火花加工技術(shù)將材料加工成復(fù)雜形狀的器件。

      5、納米鈰鋯復(fù)合氧化物粉體

      納米鈰鋯復(fù)合氧化物粉體制備方法主要有高溫焙燒法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、水熱法和固相反應(yīng)法等。高溫焙燒法是在在水-乙醇溶劑中，由干燥的Al（NO3）3·9H2O·Ce（NO3）3·6H2O和單斜相二氧化鋯納米粉體組成的懸浮液，經(jīng)高溫?zé)岱纸猓苽涑隽肆６刃∮?00μm的Al2O3摻雜CeO2包覆單斜相二氧化鋯復(fù)合粉體。

      圖4 納米鈰鋯氧化物材料應(yīng)用于汽車尾氣處理

      納米鈰鋯復(fù)合氧化物材料作為助催化劑使用，主要用于汽車領(lǐng)域尾氣處理，具備高溫穩(wěn)定性好、高氧化還原能力、高儲氧放氧能力。

      參考文獻：

      1、柴楓，徐凌，廖運茂等，氧化鋯增韌的納米復(fù)合滲透陶瓷粉體的合成研究，臨床口腔醫(yī)學(xué)。

      2、黃向東，翟華嶂，李建保等，選擇性氮化法制備t-ZrO2-TiN納米復(fù)合粉體，硅酸鹽學(xué)報。