氧化锆陶瓷性能

哈尔滨奥瑞德光电技术有限公司氧化锆陶瓷性能及其相关应用陈鑫2017.04.28HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.0102氧化锆简介氧化锆陶瓷的重要性能和机理--03氧化锆陶瓷应用对比与思考--04Y-TZP陶瓷的缺陷目录HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.一、氧化锆简介二氧化锆（化学式：ZrO2）是锆的主要氧化物，通常状况下为白色无臭无味晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。一般常含有少量的二氧化铪（HfO2）。化学性质不活泼，且具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质。为什么不一样？HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.ZrO2的三种晶相：名称相英文简写密度单斜氧化锆monoclinicm-ZrO25.65g/cm3四方氧化锆tetragonalt-ZrO26.10g/cm3立方氧化锆cubicc-ZrO26.27g/cm3m-ZrO2t-ZrO2c-ZrO21170℃950℃2370℃2370℃HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.ZrO2三种晶相的晶胞结构晶格参数晶相种类abcβm-ZrO25.1185.2145.38381.2t-ZrO25.1485.269————c-ZrO25.080——————HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.上述三种晶态具有不同的理化特性，在实际应用为获得所需要的晶形和使用性能，通常加入不同类型的稳定剂制成不同类型的氧化锆陶瓷。例如ZTC（ZirconiaToughenedCeramics）氧化锆增韧陶瓷。其中ZTC陶瓷有三种典型组织：1、c-ZrO2相机体上弥散分布着t-ZrO2的双组织，即PSZ（PartiallyStailizedZirconia）部分稳定氧化锆；2、细小的晶粒完全是t-ZrO2相，即TZP（TetragonalZirconiaPolycrystal）四方氧化锆多晶陶瓷，如稳定剂为Y2O3即为Y-TZP；3、t-ZrO2相作为增韧相分散到其他陶瓷机体，即ZTC（ZirconiaToughenedCeramics）。HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.二、氧化锆陶瓷的重要性能和机理1、熔点氧化锆的熔点为2715℃，较高的熔点以及化学惰性使氧化锆可作为较好的耐火材料。氧化锆耐火砖氧化锆坩埚HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.2、硬度大、耐磨性好由于氧化锆陶瓷具有较大的强度和较好的耐磨性，所以其在冷成型工具、拉丝模等方面有所应用。氧化锆陶瓷刀氧化锆拉丝模HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.3、强度大、韧性大氧化锆陶瓷具有的较大的强度（可达1500MPa），虽然韧性和一些金属相比有较大差距，但相比于其他陶瓷材料氧化锆陶瓷在“陶瓷圈儿”算是佼佼者（1-35MPa·m1/2）。氧化锆柱塞氧化锆阀芯HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.4、低热导率、热膨胀系数可观氧化锆的热导率在常见陶瓷材料中最低（1.6-2.03W/(m·K），热膨胀系数与金属接近。因此，氧化锆陶瓷适宜做结构陶瓷材料。氧化锆陶瓷工件氧化锆陶瓷手机外观件HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.氧化锆有众多的优点，但是纯氧化锆四方相转变为单斜相非常地迅速且可逆，并引起约7.7%的体积变化，易使制品开裂。HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.5、Y-TZPY-TZP为钇稳定四方氧化锆陶瓷。ZrO2中掺杂2%-3%（摩尔分数）的Y2O3，抑制了氧化锆陶瓷在室温下向单斜相的转变，并且相对稳定地保持四方相的形态。HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.6、Y稳定机理Y3+半径与Zr4+半径相近。它们在ZrO2中溶解度很大，经高温处理，这些低价阳离子将取代Zr4+的位置。此时为了保持材料的局部电中性而在点阵中引入氧空位，分布在二氧化锆体内，锆离子周围的空位降低了局部氧氧之间的排斥力，使配位层产生较大的畸变，从而形成能够在室温下保持亚稳定的四方晶格置换型固溶体，。HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.思考：1、为什么大部分的金属有延展性？2、为什么我们做的氧化锆指纹识别片可以弯曲一定的角度，而蓝宝石做的很薄也不能弯曲？HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.5、Y-TZP增韧机理1975年，Garvie等人提出相变增韧机理。氧化锆中四方相向单斜相的转变可通过应力诱发产生。当受到外力作用时，这种相变将吸收能量而使裂纹尖端的应力场松弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。氧化锆陶瓷微观裂纹应力作用图HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.三、氧化锆陶瓷应用对比与思考1、氧化锆齿科应用HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.牙科氧化锆加工历史进程软质到硬质or硬质到软质？HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.患者口腔里的氧化锆陶瓷义齿曾经经过了什么？HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.粉体采购干压、等静压、预烧结氧化锆牙科产品义齿订单义齿患者义齿加工厂牙医HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.思考：不考虑是否可行，想象一个类似于加工氧化锆齿科的方法去加工3D手机一体框。Volunteers？HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.四、Y-TZP陶瓷的缺陷Y-TZP陶瓷有着众多的优点，但世上没有十全十美的东西。虽然Y-TZP陶瓷在“陶瓷界”算是数一数二的佼佼者，但是也是存在缺点的。1、中、高温力学性能下降2、抗热震性能较低3、低温老化HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.产品经理的工作，就是将技术上不能完成的事，计代价的绕过去。———罗永浩HarbinAuroraOptoelectronicsTechnologyCo.,Ltd.谢谢！