氧化鋯是20世紀(jì)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(qiáng)度大、熔點(diǎn)高等特性，在冶金、電子、化工、機(jī)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(jìn)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(diǎn)。下面小編簡要就制備納米氧化鋯陶瓷所需的粉體材料進(jìn)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(jìn)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(jī)理是基體晶粒的細(xì)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(jìn)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(jī)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(qiáng)度的基體，填隙的氧化鋯提供相變增韌機(jī)制，利用ZrO2的相變特性對陶瓷材料進(jìn)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(qiáng)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(shí)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?yàn)檠趸X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(jī)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(qiáng)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(xì)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(dá)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(diǎn)，高硬度來提高材料的耐磨性能和硬度并能起到補(bǔ)強(qiáng)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(xiàn)：

      1、柴楓，徐凌，廖運(yùn)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。