二氧化锆通常被称为陶瓷钢。它是一种坚韧的工业陶瓷，用途广泛。氧化锆（ZrO2）具有良好的耐磨性，并具有良好的热稳定性。然而，氧化锆陶瓷通常经过稳定处理，以最大程度地减少其在热负荷下的性能变化。
定义锆？氧化锆与锆有何不同？
在深入探讨氧化锆的稳定形态之前，有必要了解一下什么是氧化锆、锆石和氧化锆陶瓷。我们将在接下来的段落中更详细地探讨这些概念。
什么是 锆?
锆是一种银灰色金属，通常产自锆石。锆在地壳中含量丰富，以硅酸盐形式存在于锆石中，或以少量斜锆石形式存在于斜锆石中。 锆熔点 为 1855 摄氏度，锆密度为 6.51 克/立方厘米， 原子序数 大约40。 锆金属 是自然界中含量第20多的金属。
什么是氧化锆、ZrO2？
另一方面， 氧化锆陶瓷 是当今研究最多的陶瓷材料之一。它通常从矿石中自然获得 斜锆石。 合成的 氧化锆材质 也可以通过在极高温度下熔化锆石（硅酸锆）来制备。 二氧化锆，ZrO2 室温下一般呈单斜结构。
ZrO2的性质
了解ZrO2陶瓷的特性对于理解陶瓷的使用环境至关重要。让我们来看看ZrO2的性质
常规属性
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化学式和颜色 |
ZrO2，颜色 – 白色 |
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氧化锆的密度 |
5.7克/立方厘米 |
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氧化锆 熔点和沸点 |
2715 摄氏度和 4300 摄氏度 |
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氧化锆 硬度 |
5500-16000兆帕 |
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氧化锆的热导率 |
2 – 3 瓦/米 |
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氧化锆的结构 |
这三个相分别是单斜相（< 1170 摄氏度）、四面体相（1170 – 2370 摄氏度）和立方相（> 2370 摄氏度） |
其他属性
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反应性 |
它在化学上不活泼。当与其他氧化物混合时，它们往往会变得稳定 |
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电导率 |
它们是绝缘体 |
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溶解度 |
ZrO2 会缓慢地受到 HF 和 H2SO4 的侵蚀 |
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焓 |
ZrO2 的摩尔焓为 50.3 J/Kmol，标准生成焓为 1080 KJ/mol |
什么是稳定氧化锆？
好吧，在了解之前 稳定氧化锆了解氧化锆在不同热负荷下的行为至关重要。这将帮助我们理解为何在陶瓷稳定性方面取得了进展。简而言之，陶瓷的稳定性关乎保持其结构完整性。
如上所述 氧化锆 在不同温度负载下发生相变。例如，温度从 1173 摄氏度变化到 2370 摄氏度， 氧化锆 从单斜结构转变为四面体结构。当温度达到 2690 摄氏度时， 氧化锆 变成立方体。随后温度升高导致ZrO2熔化。
一般来说，相变也表示体积变化，在这种情况下 氧化锆陶瓷 开裂和变形。稳定化处理可以阻止陶瓷结构中发生此类不利变化。因此，氧化锆通常需要进行稳定化处理。
稳定氧化锆的类型
因此，我们理解了为什么需要稳定 氧化锆陶瓷。现在让我们检查一下不同类型的 稳定氧化锆 详细。
氧化钇稳定氧化锆（Y2O3.ZrO2）
钇稳定氧化锆 是通过在室温下添加氧化钇 (Y2O3) 来稳定立方氧化锆而形成的。稳定化过程会引发晶格中 Zr4+ 被较大的钇 Y3+ 离子取代。在锆稳定化之前，二氧化锆会呈现单斜、立方和四方相。然而，一旦稳定化 钇锆（YSZ） 仅具有立方结构。
钇稳定氧化锆特性
- 钇稳定氧化锆密度 约为 6 g/cc。YSZ 的密度适中，确保任何材料在其作为
- 氧化钇稳定氧化锆热导率 在 20 摄氏度的温度下，其值为 2.9 W/mK。
- 钇锆陶瓷的洛氏硬度约为 85，这归因于其具有最佳的机械性能。
氧化钇（Y2O3）稳定化（ZrO2）氧化锆的优势
优点 钇锆 列表如下：
- 氧化钇稳定氧化锆 ysz 提供极强的力量
- YZS陶瓷具有耐高温性能，常用作耐火材料，并用作热障涂层
- 它们本质上具有耐腐蚀性
- YSZ 不会生锈，可以在有氧化可能性的地方使用。
氧化钇稳定氧化锆（YSZ）的应用
牙科
氧化钇稳定氧化锆（YSZ） 极其坚硬，具有生物相容性，并且具有化学惰性。 氧化钇稳定氧化锆牙科 应用包括牙冠、牙桥和种植体。众所周知，我们的口腔环境是湿润的，因为 钇锆 不会腐蚀。它们是更好的牙科材料。
耐火和热涂层
耐热性 氧化钇稳定氧化锆 使其成为理想的耐火材料。 玉树州 也可用作隔热材料，隔离高温物体，以及发动机表面的涂层材料。
燃料电池
氧化钇稳定氧化锆（YSZ） YSZ 用作固态燃料电池的电解质。在部署 YSZ 作为功能性电解质时，氧离子的选择性电导率往往被忽视。其工作温度通常在 800 – 1000 摄氏度左右。
其他用途
钇陶瓷的其他用途包括：由于其耐久性，它们可以作为水泥制造的组成部分。其硬度使其成为制造 研磨球 .
镁稳定氧化锆（MSZ）
MSZ 与 氧化钇稳定氧化锆（YSZ） 导热性较低，在潮湿环境下更稳定。它们耐磨、坚韧，且具有化学惰性。在结构上， 镁稳定氧化锆 具有立方体晶粒的四方沉淀物。
镁稳定氧化锆的性能
- 工作温度 镁稳定氧化锆 高于220摄氏度
- MSZ 的主要特点是热稳定性高、导热性低、耐磨损
- MSZ 耐酸碱
MSZ的主要应用
- 镁稳定氧化锆 用于制造结构陶瓷或技术陶瓷
- 它们是精密阀门部件、泵套和活塞的理想材料
- 镁稳定氧化锆 用于制造固体氧化物燃料组件
- MSZ 用于管材成型应用
氧化钙稳定氧化锆 (CSZ)
氧化钙稳定氧化锆 (CSZ) 正如名称所示，稳定剂是氧化钙。 氧化钙稳定氧化锆 (CSZ) 熔点为 2700 摄氏度，密度为 5.6 克/立方厘米。它们通常以其高热稳定性和极强的抗冲击性而闻名。 氧化钙稳定氧化锆 (CSZ) 包括用于确保耐磨性的涂层、作为耐火材料和作为热屏障。
二氧化铈稳定氧化锆 (CSZ)
二氧化铈稳定氧化锆 (CSZ) 使用二氧化铈来稳定氧化锆的晶格。它们具有耐化学腐蚀性，主要用于高温应用。由于添加二氧化铈可以提高氧气的导电性，因此它们被用作燃料电池中的固体电解质。 二氧化铈稳定氧化锆 (CSZ) 还可用作氧气传感器。
二氧化铈稳定氧化锆 密度为6.6 g/cm3，纯度约为99 %。CSZ的应用包括涂料及相关行业的高稳定性研磨材料。它们也可用作汽车尾气排放系统的催化剂。
氧化铝稳定氧化锆（ASZ）
ASZ 由优质氧化铝与 ZrO2 晶格结合而成。其氧化铝含量范围从 10 % 到 50%，具体取决于所生产的牌号。氧化铝稳定氧化锆具有高断裂韧性和高强度。ASZ 广泛应用于汽车、航空航天和医疗行业。
ASZ 也用于制造切削刀具。它们应用于需要高性能陶瓷替代材料的领域。氧化铝的稳定作用使其能够在恶劣条件下正常工作。ASZ 的密度约为 3.7 – 3.8 g/cc。
比较稳定氧化锆
所以我们对原因有一个大致的了解 稳定氧化锆 以及有哪些突出的种类。以下是不同类型锆石的快速比较表。
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陶瓷类型 |
陶瓷的特性 |
玉树州 |
MGZ |
钙钛矿 |
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机械性能 |
耐磨损性（MPa^1/2） |
高的 |
中等 – 高 |
缓和 |
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力量 |
900 – 1200 兆帕 |
500 – 900 兆帕 |
200-800兆帕 |
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韧性 |
2-5 |
3-10 |
5-15 |
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电气性能 |
热导率 |
2-3 瓦/米开尔 |
2-4 瓦/米开尔 |
2-4 瓦/米开尔 |
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热膨胀系数（10^-6/K） |
10-11 |
9-11 |
10-12 |
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热稳定性 |
< 2700 摄氏度 |
< 2500 摄氏度 |
< 2400 摄氏度 |
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生物相容性 |
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高的 |
中等 – 高 |
中等 – 高 |
部分稳定氧化锆和完全稳定氧化锆
部分稳定氧化锆（PSZ） 类型各异。它可以是镁稳定、氧化钙稳定或氧化钇稳定。氧化锆与氧化镁的摩尔比约为10 % MgO。基于氧化镁的 部分稳定的氧化锆 极其坚韧，可在较高温度下工作。
氧化钇稳定氧化锆 钇的 4% - 10 % 通常被称为 部分稳定氧化锆而含有 8% 钇和 8-9% Y2O3 掺杂 ZrO2 的被称为 完全稳定的氧化锆对于需要极高韧性的应用，工程师通常使用 PSZ 而不是完全稳定。
底线
材料技术的进步始终确保为每种应用提供最佳材料。在选择新一代陶瓷以满足特定应用需求时，功能性是关键。稳定性确保在所需温度下具有稳定的性能。至于适应性，毫无疑问 稳定氧化锆 优于传统。