氧化锆陶瓷性能及其相关应用课件

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1、哈尔滨奥瑞德光电技术有限公哈尔滨奥瑞德光电技术有限公司司氧化锆陶瓷性能及其相关应用氧化锆陶瓷性能及其相关应用陈鑫2017.04.28Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.0102氧化锆简介氧化锆简介氧化锆陶瓷的重要性能和机理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氧化锆陶瓷应用对比与思考-04Y-TZP陶瓷的缺陷陶瓷的缺陷目 录Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.一、氧化锆简介一、氧化锆简介 二氧化锆（化学式：二氧化锆（化学式：ZrO2）是锆的主要氧化物，通

2、）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（硫酸。一般常含有少量的二氧化铪（HfO2）。化学性）。化学性质不活泼，且具有高熔点、高电阻率、高折射率和低质不活泼，且具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质。热膨胀系数的性质。为什么不一样？Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.ZrO2的三种晶相：的三种晶相：名称名称相英文相英文简写简写密度密度单斜氧化锆单斜氧化锆monoclinicm-ZrO25.65 g/cm3四方氧化锆四方

3、氧化锆tetragonalt-ZrO26.10 g/cm3立方氧化锆立方氧化锆cubicc-ZrO26.27 g/cm3m-ZrO2t-ZrO2c-ZrO2117095023702370Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.ZrO2三种晶相的晶胞结构三种晶相的晶胞结构晶格参数晶格参数晶相种类晶相种类abcm-ZrO25.1185.2145.38381.2t-ZrO25.1485.269c-ZrO25.080Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.上述三种晶态具有不同的理化特性，

4、在实际应用为获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。）氧化锆增韧陶瓷。其中其中ZTC陶瓷有三种典型组织：陶瓷有三种典型组织：1、c-ZrO2相机体上弥散分布着相机体上弥散分布着t-ZrO2的双组织，即的双组织，即PSZ（Partially Stailized Zirconia）部分稳定氧化锆；）部分稳定氧化锆；2、细小的晶粒完全是、细小的晶粒完全是t

5、-ZrO2相，即相，即TZP（Tetragonal Zirconia Polycrystal）四方氧化锆多晶陶）四方氧化锆多晶陶瓷，如稳定剂为瓷，如稳定剂为Y2O3即为即为Y-TZP；3、t-ZrO2相作为增韧相分散到其他陶瓷机体，即相作为增韧相分散到其他陶瓷机体，即ZTC（Zirconia Toughened Ceramics）。）。Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.二、氧化锆陶瓷的重要性能和机理二、氧化锆陶瓷的重要性能和机理1、熔点、熔点 氧化锆的熔点为氧化锆的熔点为2715，较高的熔点以及化学惰性，较高的熔点以及化学惰性使氧

6、化锆可作为较好的耐火材料。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Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.2、硬度大、耐磨性好、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，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。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陶瓷刀氧化锆拉丝模氧化锆拉丝模Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.3、强度大、韧性大、强度大、韧性大 氧化锆陶瓷具有的较大的强度（可

7、达氧化锆陶瓷具有的较大的强度（可达1500MPa），虽），虽然韧性和一些金属相比有较大差距，但相比于其他陶瓷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材料氧化锆陶瓷在“陶瓷圈儿陶瓷圈儿”算是佼佼者算是佼佼者（1-35MPam1/2）。）。氧化锆柱塞氧化锆柱塞氧化锆阀芯氧化锆阀芯Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.4、低热导率、热膨胀系数可观、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氧化锆的热导率在常见陶瓷材料中最低（1.6-2.03 W/(mK），热膨胀系数与金属接近。因此，），热膨胀系数与

8、金属接近。因此，氧化锆陶瓷适宜做结构陶瓷材料。氧化锆陶瓷适宜做结构陶瓷材料。氧化锆陶瓷工件氧化锆陶瓷工件氧化锆陶瓷手机外观件氧化锆陶瓷手机外观件Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.氧化锆有众多的优氧化锆有众多的优点，但是纯氧化锆四点，但是纯氧化锆四方相转变为单斜相非方相转变为单斜相非常地迅速且可逆，并常地迅速且可逆，并引起约引起约7.7%的体积变的体积变化，易使制品开裂。化，易使制品开裂。Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.5、Y-TZP Y-TZP为钇稳定四方氧为钇稳定

9、四方氧化锆陶瓷。化锆陶瓷。ZrO2中掺杂中掺杂2%-3%（摩尔分数）的（摩尔分数）的Y2O3，抑制了氧化锆陶，抑制了氧化锆陶瓷在室温下向单斜相的瓷在室温下向单斜相的转变，并且相对稳定地转变，并且相对稳定地保持四方相的形态。保持四方相的形态。Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.6、Y稳定机理稳定机理 Y3+半径与半径与Zr4+半径相近。它半径相近。它们在们在ZrO2中溶解度很大，经高中溶解度很大，经高温处理，这些低价阳离子将取温处理，这些低价阳离子将取代代Zr4+的位置。此时为了保持的位置。此时为了保持材料的局部电中性而在点阵中材料的

10、局部电中性而在点阵中引入氧空位，分布在二氧化锆引入氧空位，分布在二氧化锆体内，锆离子周围的空位降低体内，锆离子周围的空位降低了局部氧氧之间的排斥力，使了局部氧氧之间的排斥力，使配位层产生较大的畸变，从而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形成能够在室温下保持亚稳定的四方晶格置换型固溶体，。的四方晶格置换型固溶体，。Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,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？Harbin Aurora Optoelectro

11、nics Technology Co.,Ltd.5、Y-TZP增韧机理增韧机理 1975年，年，Garvie等人提出相变增韧机理。氧化锆中四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弛，增加裂纹扩展阻力，从而大幅度提高陶瓷材料的韧性。性。氧化锆陶瓷微观裂纹氧化锆陶瓷微观裂纹应力作用图应力作用图Harbin Aurora Optoelectronics Technolo

12、gy Co.,Ltd.三、氧化锆陶瓷应用对比与思考三、氧化锆陶瓷应用对比与思考1、氧化锆齿科应用、氧化锆齿科应用Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.牙科氧化锆加工历史进程软质到硬质or硬质到软质？Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.患者口腔里的氧化锆陶瓷义患者口腔里的氧化锆陶瓷义齿曾经经过了什么？齿曾经经过了什么？Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,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

13、加工厂牙医Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.思考：思考：不考虑是否可行，想象一个类似不考虑是否可行，想象一个类似于加工氧化锆齿科的方法去加工于加工氧化锆齿科的方法去加工3D手手机一体框。机一体框。Volunteers？Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.四、四、Y-TZP陶瓷的缺陷陶瓷的缺陷 Y-TZP陶瓷有着众多的优点，但世上没有十全十美的陶瓷有着众多的优点，但世上没有十全十美的 东西。虽然东西。虽然Y-TZP陶瓷在陶瓷在“陶瓷界陶瓷界”算是数一数二的佼算是数一数二的佼佼者，但是也是存在缺点的。佼者，但是也是存在缺点的。1、中、高温力学性能下降、中、高温力学性能下降2、抗热震性能较低、抗热震性能较低3、低温老化、低温老化Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.产品经理的工作，就是将技术上产品经理的工作，就是将技术上不能完成的事，计代价的绕过去。不能完成的事，计代价的绕过去。罗永浩罗永浩Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co.,Ltd.谢 谢！