深化納米復合氧化鋯的應用

 

      納米級復合氧化鋯（釔穩定氧化鋯VK-R30Y3,R30Y5,R30Y8）相比普通的復合氧化鋯粒徑更小，達到納米級別，其更高的附加使用價值及各種應用市場規模正在被快速開發。下面介紹下納米復合氧化鋯的主要應用領域。

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齒科材料 

 

納米復合ZrO2可明顯提高陶瓷的室溫強度和應力強度因子，從而使陶瓷韌性成倍提高。利用納米復合ZrO2制備的復合生物陶瓷材料具有較好的力學性能、化學穩定性、生物相容性，是一種很有應用前景的復合型生物陶瓷材料，尤其在齒科材料和人工關節等方面。

 

氧化鋯增韌陶瓷作為一種新型精細陶瓷，具有良好的機械性能(斷裂韌性、強度、硬度等)、生物相容性和穩定性、美觀性、熱導性和成形性，能很好解決常規全瓷冠材料強度和韌性不足的問題。其次，其作為一種優良的生物惰性陶瓷，無論是作為口腔修復體還是植入體均表現出優異的化學穩定性能，完全滿足作為口腔修復材料的標準。

 

人工關節 

 

ZrO2陶瓷于20世紀80年代中期開始應用于人工關節，由于氧化鋯存在三種晶形，并且在晶形轉化的時候會引起體積，使材料容易發生開裂，產生裂紋，影響其作為人工關節的使用壽命。因此和齒類材料一樣，純的氧化鋯也不能作為人工關節材料使用。為了提高氧化鋯的穩定性，通過熱處理和添加一些摻雜穩定劑，如Y2O3、CeO2、MgO等，來穩定其晶體結構，使其在常溫下能保持四方相，增強其機械強度。

 

最初的陶瓷人工關節并不完善，到目前為止已經經歷了四代工藝改進，逐漸趨于完善。第四代人工陶瓷關節復合了氧化鋯等數種氧化晶體材料，其性能已較大幅度地優越于第三代陶瓷關節，具有良好的韌性和強度，是目前應用于臨床髖關節置換的最好的假體材料。

 

燃料電池 

 

固體氧化物燃料電池用鋯基電解質是SOFC中應用最為廣泛，研究最多的電解質材料。立方穩定復合ZrO2基電解質材料擁有極大的離子電導率，在高溫下、氧化和還原氣氛中保持良好的化學穩定性，并且在很大的氧分壓范圍內具有純的氧離子導電特性，同時具有很好的機械加工強度，可制作成致密膜電解質，因此其滿足了固體氧化物燃料電池的幾乎所有要求，成為制備SOFC電解質材料的首選，是固體氧化物燃料電池的核心部件。其電解質材料為釔穩定納米氧化鋯（YSZ），正極為YSZ表面鍍Ni等金屬，適用于中大型燃料發電項目。

 

 氧傳感器 

 

采用氧化鋯制成的傳感器有良好的導電性，在控制汽車尾氣、電廠鍋爐的燃燒上起到重要作用。氧化鋯式氧傳感器是基于氧化鋯固體電解質的材料特性來檢測尾氣中氧濃度的，按檢測空燃比數值的范圍不同分為：窄型氧傳感器和寬型氧傳感器。氧化鋯式氧傳感器是目前最成熟，產量最大的一種氧傳感器。是汽車排放控制系統中的關鍵部件之一。

 

耐火材料 

 

由于氧化鋯的熔點高、導熱系數低、化學性能穩定，所以常用做耐火材料。用納米氧化鋯制備的耐火材料優勢更加顯著，耐高溫（使用溫度可達2200℃）、強度高、絕熱性能好、化學穩定性優，主要用于操作溫度在2000℃以上的環境中。

 

汽車尾氣凈化催化劑助劑 

 

汽車尾氣凈化催化劑一般由三個部分組成：載體（董青石、氧化鋁）、助催化劑（納米涂層增大比表面積、同時作為儲氫材料）、催化劑（一般汽油車為鉑鈀銠等，柴油車為釩鎢鈦等）。其中鋯鈰固溶體復合氧化物材料作為助催化劑使用，是十分重要的涂層材料。

 

 坩堝 

 

在冶煉稀有、難熔貴金屬及合金時，由于需要加熱到較高溫度，一般材料難以滿足要求，采用氧化鋯制成的坩堝可加熱到2430℃，氧化鋯成為高溫條件下使用坩堝的首選材料。

 

特種刀具 

 

陶瓷刀具在20世紀初期即有使用，但因其脆性局限其使用范圍。近年來，隨著納米復合氧化鋯復合材料的進步，其韌性大幅改善。陶瓷刀從原有的航空航天等高科技領域開始擴大到工業陶瓷刀具，現在，已廣泛應用于日常生活領域中。氧化鋯可加工成各種刀具，在有傳統金屬刀具優點同時，還具有不生銹、健康、耐磨等優點，被譽為陶瓷鋼。

 

特種機械零部件 

 

陶瓷材料的脆性限制了其應用發展，納米陶瓷是解決陶瓷脆性一種非常重要的途徑。實驗證明，可以利用ZrO2四方相相變為單斜相產生顯微裂痕和殘余應力對陶瓷進行增韌。當ZrO2顆粒在納米級時轉變溫度可降到室溫以下。因此納米ZrO2能夠明顯提高陶瓷的室溫強度和應力強度因子，從而使陶瓷韌性成倍提高。特種超韌型納米復合氧化鋯在軸承、軸套、閥球、殼體等領域有廣泛應用。

 

光纖連接器陶瓷插芯 

 

納米氧化釔穩定氧化鋯粉體，因其優異的力學性能、化學穩定性和極高的精密度等，可以用來制備光纖連接器的稀土結構陶瓷光纖插芯（精密針）和套筒，是光纖網絡中應用面廣并且需求量大的光纖無源器，是信息網絡基礎設施建設的重要組成部分。 

 

移動終端產品 

 

隨著5G、無線充電等新型傳輸方式的臨近，無線頻段越來越復雜，金屬機殼屏蔽將成為重大瓶頸。布局嚴格要求的5G天線，需要變換現有的金屬機殼材質，陶瓷和玻璃都將成為可選方案。同時對于無線充電技術來講，金屬材料也是非常不友好的。因為目前大多數無線充電技術均采用電磁波原料，而金屬對于電磁波會造成干擾，使得充電效率大大降低。可替代材料有塑料、玻璃和陶瓷。塑料易有刮痕，玻璃易碎，陶瓷材料憑借其優異的物理特性正逐步滲透到智能手機的外觀件領域。

 

除此之外，氧化鋯陶瓷由于其耐磨，親膚以及獨特的美感，非常適合應用于智能穿戴設備，如智能手表、手環等。