在材料科學的前沿探索中，氧化鋯粉體作為一種高性能材料，憑借其獨特的物理化學性質和廣泛的應用領域，正逐漸成為眾多科研人員和工程師關注的焦點。接下來，讓我們深入了解這一神奇的材料

一、認識氧化鋯粉體

（一）定義與本質

從化學本質剖析，氧化鋯粉體主要化學成分為氧化鋯（ZrO?），外觀呈粉末狀。氧化鋯作為一種無機化合物，具備高熔點與高硬度的特性。

在微觀結構層面，氧化鋯粉體由眾多顆粒構成，每個顆粒均具有特定的晶體結構。其晶體結構類型豐富，主要包括單斜相、四方相以及立方相。并且，氧化鋯粉體的晶型對溫度和環境條件極為敏感。在常溫環境下，氧化鋯粉體通常以單斜相的晶體結構穩定存在；當溫度逐漸升高至約 1100℃時，粉體中的部分氧化鋯顆粒會發生晶型轉變，從單斜相轉變為四方相；若溫度繼續升高至 2370℃以上，氧化鋯顆粒將進一步轉變為立方相。

這種隨溫度和環境條件變化而發生的晶型轉變，賦予了氧化鋯粉體一系列獨特的物理化學性質。例如，在陶瓷材料領域，利用氧化鋯粉體在受力時四方相到單斜相的相變增韌機制，可顯著提高陶瓷材料的韌性和強度，使其在眾多材料中展現出優異的性能與應用潛力 。

氧化鋯粉體掃描圖

（二）獨特的物理性質

高熔點：氧化鋯粉體具有高熔點特性，其熔點高達約 2700℃。這一特性使其在高溫環境下能保持高度穩定性。在航空航天領域，航空發動機的燃燒室、渦輪等關鍵熱端部件在運行時會面臨極為嚴苛的高溫工況，溫度可達 1500℃甚至更高。由氧化鋯與其他材料復合制成的高溫結構材料，憑借氧化鋯的高熔點特性，能夠在如此高溫環境下維持穩定的物理和化學性質，確保部件的結構完整性，從而保障發動機持續正常運轉，為飛行器的安全飛行提供關鍵支撐。

高壓渦輪工作葉片上的納米氧化鋯陶瓷涂層

高硬度：其莫氏硬度約為7.5，硬度表現十分出色。基于這一優勢，氧化鋯粉體被廣泛應用于制造陶瓷刀具。這類刀具不僅極其鋒利，切割各類食材都不在話下，而且具備卓越的耐磨性，使用很長時間也不易出現磨損，延長了使用壽命，為人們的日常生活和工業生產帶來了便利。

氧化鋯陶瓷刀具

（三）穩定的化學性質

氧化鋯粉體具有較好的化學穩定性，在常溫及一般濃度的酸堿環境中，能夠保持相對穩定的化學性質，不易與多數酸、堿等化學物質發生明顯的化學反應。但需注意，在高溫環境下，或接觸到高濃度的強酸（如氫氟酸）、強堿時，氧化鋯也會發生一定程度的化學變化。

在化工生產過程中，常常會涉及到儲存和輸送具有腐蝕性的液體，這對容器的材質提出了嚴苛要求。經過特殊穩定化處理（如氧化釔穩定）的氧化鋯基復合材料，因其出色的化學穩定性和抗腐蝕性能，成為了儲存諸如稀硫酸、稀鹽酸等腐蝕性液體容器內襯的理想選擇。使用這類含氧化鋯的材料作為容器內襯，能夠有效防止容器被腐蝕，保障了化工生產的安全與穩定運行，減少了因容器腐蝕帶來的潛在風險和維護成本。

二、氧化鋯粉體的制備方法

共沉淀法：共沉淀法是制備氧化鋯粉體較為常用的方法之一。具體操作是將如氧氯化鋯（ZrOCl?）等常見的鋯鹽與氨水（NH??H?O）、碳酸氫銨（NH?HCO?）等沉淀劑充分混合，在特定的化學反應條件下，促使鋯離子以氫氧化物或碳酸鹽的形式沉淀出來。隨后，對沉淀進行洗滌，以去除雜質；接著進行干燥處理，去除水分；最后通過煅燒改變其晶體結構，從而得到所需的氧化鋯粉體。這種方法的顯著優點在于制備出的粉體粒度均勻，而且成本相對較低，在工業大規模生產中具有較高的應用價值。

沉淀法的工藝流程

溶膠-凝膠法：溶膠-凝膠法是基于金屬醇鹽的水解和縮聚反應來制備氧化鋯粉體。首先，將金屬醇鹽溶解在有機溶劑中，然后加入適量的水和催化劑，引發水解和縮聚反應，逐步形成均勻的溶膠。隨著反應的持續進行，溶膠會逐漸轉變為凝膠狀態。最后，經過干燥和熱處理等關鍵步驟，成功得到氧化鋯粉體。該方法最大的優勢在于能夠精確控制粉體的化學組成和微觀結構，特別適用于制備高性能的氧化鋯材料，以滿足對材料性能要求極高的領域，如電子、光學等行業。

醇鹽溶膠-凝膠法的基本工藝過程示意圖

三、氧化鋯粉體的應用領域

陶瓷領域：氧化鋯粉體是制造結構陶瓷和功能陶瓷的關鍵基礎原料。除了前面提及的陶瓷刀具，陶瓷軸承也是其重要應用成果之一。由于氧化鋯陶瓷具備高硬度、優異的耐磨性和出色的化學穩定性，使得陶瓷軸承的使用壽命大幅延長。在高速旋轉的設備中，陶瓷軸承能夠承受高速運轉帶來的巨大壓力和磨損，保障設備穩定高效運行，廣泛應用于精密機械、汽車制造等行業。

氧化鋯陶瓷軸承及球閥

電子領域：在電子領域，氧化鋯粉體主要用于制造電子陶瓷元件，多層陶瓷電容器便是其中的典型代表。氧化鋯具有優良的介電性能，能夠顯著提高電容器的儲能密度和穩定性。在現代電子設備不斷追求小型化、高性能化的趨勢下，多層陶瓷電容器憑借其體積小、容量大、性能穩定等優勢，成為各類電子產品不可或缺的重要元件，而氧化鋯粉體在其中發揮了關鍵作用。

生物醫學領域：氧化鋯粉體憑借良好的生物相容性，在生物醫學領域展現出巨大的應用潛力。它被廣泛應用于制造人工關節、牙齒修復材料等醫療器械。例如，氧化鋯陶瓷人工髖關節，不僅具有良好的耐磨性，能夠滿足人體長期活動的需求，而且與人體組織具有出色的相容性，不會引發明顯的排異反應，極大地提高了患者的生活質量。在牙齒修復方面，氧化鋯全瓷牙冠因其美觀自然、堅固耐用、生物相容性好等特點，成為眾多患者修復牙齒的首選材料。

氧化鋯陶瓷牙