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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
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应力作用图
三、氧化锆陶瓷应用对比与思考
1、氧化锆齿科应用
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牙科氧化锆加工历史进程
软质到硬质
or
硬质到软质
？
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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
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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，。
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
2017.04.28
目
01 - 氧化锆简介
录
02 - 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 04 - Y-TZP陶瓷的缺陷
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c-ZrO2
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ZrO2三种晶相的晶胞结构
晶格参数 晶相种类 m-ZrO2 t-ZrO2 c-ZrO2 a 5.118 5.148 5.080 b 5.214 5.269 —— c 5.383 —— —— β 81.2 —— ——
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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（Zirconia Toughened Ceramics）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（Partially Stailized Zirconia）部分稳定氧化锆； 2、细小的晶粒完全是t-ZrO2相，即TZP （Tetragonal Zirconia Polycrystal）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（Zirconia Toughened Ceramics）。
一要氧化物，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
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？
ZrO2的三种晶相：
名称 单斜氧化锆 四方氧化锆 立方氧化锆 相英文 monoclinic tetragonal cubic 简写 m-ZrO2 t-ZrO2 c-ZrO2 密度 5.65 g/cm3 6.10 g/cm3 6.27 g/cm3
m-ZrO2
1170℃ 950℃
t-ZrO2
2370℃ 2370℃
氧化锆陶瓷手机外观件
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。
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5、Y-TZP Y-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。
氧化锆坩埚
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
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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）。
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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？
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氧化锆柱塞
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氧化锆阀芯
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 （1.6-2.03 W/(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
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