在紛繁多彩的陶瓷材料世界里，氧化鋯陶瓷一直是一顆耀眼而獨特的明珠。通過元素摻雜，氧化鋯陶瓷可以設(shè)計出不同的結(jié)構(gòu)性能或光學(xué)、電學(xué)以及熱學(xué)性能。而這與它的晶體學(xué)特性是密切相關(guān)的。
從晶相結(jié)構(gòu)上來說，氧化鋯隨著溫度的
升高可以呈現(xiàn)三種熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)：
● 單斜(Monoclinic)氧化鋯( m- ZrO2 )
● 四方(Tetragonal)氧化鋯( t- ZrO2 )
● 立方(Cubic)氧化鋯( c- ZrO2 )
其中，當(dāng)純氧化鋯隨著溫度降低從四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕鄷r，會產(chǎn)生3-5%的體積膨脹和1-7%的剪切應(yīng)變增加，從而導(dǎo)致氧化鋯制品的開裂。通過加入穩(wěn)定劑，可使氧化鋯在常溫下穩(wěn)定在四方相或立方相，而避免了體積變化造成的開裂問題。常見的穩(wěn)定劑有氧化鈣、氧化鎂、氧化釔、氧化鈰等。他們的穩(wěn)定原理基本是通過固溶在氧化鋯晶格中，由于摻雜離子與鋯離子的離子半徑、配位數(shù)等方面的差異，影響了原有的晶體結(jié)構(gòu)，使氧化鋯 “鎖定”在了四方相或立方相，從而達到了一種亞穩(wěn)定狀態(tài)。
按照不同穩(wěn)定劑區(qū)分
鈣穩(wěn)定氧化鋯 & 鎂穩(wěn)定氧化鋯：
多用于耐火耐高溫應(yīng)用。
釔穩(wěn)定氧化鋯 & 鈰穩(wěn)定氧化鋯：
多用于結(jié)構(gòu)陶瓷及其它特殊應(yīng)用。
其中，鈰穩(wěn)定氧化鋯的結(jié)構(gòu)件制品，更多的是由于某時期氧化釔價格暴漲，而不得不轉(zhuǎn)向開發(fā)的替代產(chǎn)品，其最終的材料機械性能是低于釔穩(wěn)定氧化鋯的。并且由于氧化鈰的摻雜，鈰穩(wěn)定氧化鋯會出現(xiàn)深淺不一的黃褐或黑色，對成品的顏色穩(wěn)定性也造成了一定的干擾?；卺惙€(wěn)定氧化鋯制品的優(yōu)良性能，且目前氧化釔價格平穩(wěn)，供應(yīng)穩(wěn)定，所以釔穩(wěn)定氧化鋯仍然是市場主流的需求產(chǎn)品。
按穩(wěn)定劑摻雜比例區(qū)分
以釔穩(wěn)定氧化鋯為例，按照氧化釔穩(wěn)定劑的摻雜比例不同，常見的釔穩(wěn)定氧化鋯有3mol%、5mol%、8mol%。隨著氧化釔摻雜量的變化，氧化鋯陶瓷可在常溫下穩(wěn)定在不同的晶相狀態(tài)，同時也表現(xiàn)出了不同的性能。
mol% 摩爾百分比
Tips：mol%是摩爾百分比，是將物質(zhì)的計量方式從質(zhì)量換算為物質(zhì)的量后，計算出的在混合中的比例。mol是物質(zhì)的量的單位，物質(zhì)的量（n）與質(zhì)量（m）通過摩爾質(zhì)量（M）進行換算：n=m/M。摩爾質(zhì)量在數(shù)值上等于該物質(zhì)的相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量。
從上圖中可以看出當(dāng)氧化釔含量為3mol%時，此時穩(wěn)定鋯的抗彎強度最高，同時具有高韌性、高硬度和耐磨性。所以我們平時常見的氧化鋯陶瓷刀、陶瓷牙、陶瓷結(jié)構(gòu)件大多為此種材料。
圣戈班西普提供完善的3mol%系列氧化鋯粉體產(chǎn)品（CY3Z和GY3Z系列）。該系列的粉體活性好，燒結(jié)后的陶瓷成品強度高，色澤一致性好，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于制造各類結(jié)構(gòu)件及3D打印產(chǎn)品。
CY3Z
釔穩(wěn)定氧化鋯粉體
GY3Z
釔穩(wěn)定氧化鋯
造粒粉
產(chǎn)品應(yīng)用
如果需要其他方面的優(yōu)異性能，例如透光率、離子導(dǎo)電性、水熱性能等，就需要調(diào)整氧化釔的含量了。一般來講，隨著釔含量的繼續(xù)上升，透光率、離子導(dǎo)電性和水熱性能等會隨之提高，但同時，陶瓷強度和硬度則會下降，所以如何平衡好其他性能的需求和陶瓷的機械性能就成了關(guān)鍵。
圣戈班西普(ZirPro)有CY5Z，CY8Z及CYnZ系列的粉體產(chǎn)品，通過嚴(yán)格的化學(xué)工藝設(shè)計，精心控制氧化釔的摻雜和氧化鋯的晶體狀態(tài)。這些系列的氧化鋯粉體，可適用于壓制、流延、注塑、3D打印等多種加工工藝，制成的陶瓷成品在滿足優(yōu)越的光電熱性能的同時，也保有良好的結(jié)構(gòu)性能，可機加工性強，持久耐用，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于離子導(dǎo)體、燃料電池、熱障涂層等應(yīng)用領(lǐng)域。
CYnZ 產(chǎn)品應(yīng)用
近年來，市場對氧化鋯的強度和抗沖擊性又提出了更高的要求。盡管3mol%的釔穩(wěn)定氧化鋯在諸多陶瓷材料中已經(jīng)是高韌性，高強度的優(yōu)秀代表了，但日益豐富的應(yīng)用場景仍對氧化鋯陶瓷提出了更高的挑戰(zhàn)，往“摔不爛的陶瓷”的高峰持續(xù)攀登。
為此，圣戈班西普的中法研發(fā)團隊經(jīng)過長時間的研究，采用更先進的摻雜工藝和配方設(shè)計，開發(fā)出了UprYZe粉體系列，并已建成了成熟的工業(yè)生產(chǎn)線。
與常規(guī)3mol%釔穩(wěn)定氧化鋯對比，UprYZe系列實現(xiàn)了：
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高達15MPa.m1/2的斷裂韌性
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大于50%的抗沖擊性
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高達1000MPa的抗彎強度
特別適用于制備耐撞擊陶瓷結(jié)構(gòu)件或裝飾件（例如：表殼、手機背板、汽車內(nèi)飾等）。
產(chǎn)品應(yīng)用
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西
普
圣戈班中法研發(fā)團隊的雄厚技術(shù)力量；
從初期試樣到工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)性支持；
基于客戶需求的定制化粉體開發(fā)能力；
將為客戶提供專業(yè)高效的助力！
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原文始發(fā)于微信公眾號（圣戈班陶瓷材料百科）：淺談?chuàng)诫s氧化鋯的性能及應(yīng)用
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