氧化鋯陶瓷(Zirconia Ceramics,主要成分為 ZrO?)憑借其獨特的晶體結構(需通過摻雜穩(wěn)定劑實現(xiàn)相穩(wěn)定)和優(yōu)異的物理、化學性能,在工業(yè)、電子、醫(yī)療、航空航天等領域展現(xiàn)出明顯技術優(yōu)勢,尤其在替代金屬、傳統(tǒng)陶瓷(如氧化鋁)及高分子材料的場景中,優(yōu)勢更為突出。傳統(tǒng)陶瓷(如氧化鋁、碳化硅)普遍存在 “硬度高但韌性差、易斷裂” 的短板,而氧化鋯陶瓷通過穩(wěn)定劑調控(如 Y?O?、MgO) 形成 “四方相 - 單斜相” 相變增韌機制,大幅提升韌性,同時保持高硬度和強度,成為 “強韌兼?zhèn)洹?的陶瓷材料。無錫北瓷的光伏陶瓷助力光伏產(chǎn)業(yè),為電池片生產(chǎn)提供穩(wěn)定的載具選擇。江西檢具陶瓷
純氧化鋯在常溫下為單斜相,加熱時會發(fā)生相變(體積變化大),需通過摻雜穩(wěn)定劑(如Y?O?、MgO、CaO等)形成穩(wěn)定的立方相或四方相。但穩(wěn)定劑的引入會破壞氧化鋯晶格的完整性,明顯影響熱導率:摻雜量越高,熱導率越低:穩(wěn)定劑原子(如Y3?)與Zr??的電價、離子半徑不同(Y3?半徑≈0.090nm,Zr??半徑≈0.072nm),會在晶格中形成“缺陷中心”,加劇聲子散射。例如:摻雜3mol%Y?O?的部分穩(wěn)定氧化鋯(3Y-TZP),室溫熱導率約1.8-2.2W/(m?K);若摻雜量提升至8mol%,熱導率會降至1.2-1.5W/(m?K)。穩(wěn)定劑種類差異:不同穩(wěn)定劑對晶格的擾動程度不同。例如,MgO作為穩(wěn)定劑時,其離子半徑(Mg2?≈0.072nm)與Zr??更接近,對晶格完整性的破壞小于Y?O?,因此相同摻雜量下,MgO穩(wěn)定氧化鋯的熱導率略高于Y?O?穩(wěn)定氧化鋯。河南新能源陶瓷北瓷加工精度到微米級,工業(yè)陶瓷件適配微米級精密設備。
力學性能高硬度:莫氏硬度7.5~9,僅次于金剛石,耐磨性遠優(yōu)于金屬(磨損率只為金屬的1/100)。高韌性:斷裂韌性8~15 MPa·m1/2(傳統(tǒng)氧化鋁陶瓷只3~5 MPa·m1/2),抗沖擊性強。強度高度:抗彎強度800~1200 MPa,適用于高載荷結構件。物理化學性能耐高溫:熔點2715℃,全穩(wěn)定氧化鋯可在1800℃長期使用,部分穩(wěn)定氧化鋯在高溫下仍保持結構穩(wěn)定。耐腐蝕:抗酸、堿及熔融金屬侵蝕,優(yōu)于多數(shù)金屬材料。熱學性能:線膨脹系數(shù)(6.5~11.2)×10??/K,熱導率1.6~2.03 W/(m·K),隔熱性能優(yōu)異。電性能:常溫下絕緣(電阻率極高),高溫下(>600℃)具有氧離子導電性,可用于氧傳感器和固體氧化物燃料電池(SOFC)。
良好的絕緣性能:氧化鋁陶瓷適用于電子元件中的絕緣體,可用于制造熱電偶絕緣套管等。隔熱性優(yōu)良:可作為新的高溫隔熱材料,用于高溫加熱爐、熱處理爐、高溫反應容器、核反應堆等。導熱性優(yōu)良:碳化硅陶瓷具有很高的熱傳導能力,極有希望用作內部裝有大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路電子器件的散熱片。自潤滑性:氮化硅陶瓷等具有自潤滑性,可以減少摩擦,適合制作密封環(huán)等部件。生物相容性:氧化鋯和氧化鋁陶瓷被用于制造人工關節(jié)、牙科修復材料等,因其不會對人體產(chǎn)生不良反應而備受青睞。環(huán)保無毒:符合環(huán)保要求,廣泛應用于食品醫(yī)療和新能源領域,如用于灌裝設備和食品添加劑注入系統(tǒng),確保食品安全和衛(wèi)生。無錫北瓷的光伏陶瓷,助力光伏產(chǎn)業(yè)提升整體競爭力。
綜上,氧化鋯陶瓷的技術優(yōu)勢本質是 “多性能協(xié)同平衡”—— 既具備陶瓷的高硬度、高絕緣、耐腐性,又突破了傳統(tǒng)陶瓷的脆性短板,同時在隔熱、生物相容等場景中展現(xiàn)出不可替代性,使其成為高級制造領域的關鍵材料之一。氧化鋯陶瓷憑借其優(yōu)異的力學性能、耐高溫性、化學穩(wěn)定性及生物相容性等關鍵優(yōu)勢,在多個工業(yè)與民生領域實現(xiàn)了廣泛應用,涵蓋結構件、功能件、生物醫(yī)用、電子信息等關鍵場景。氧化鋯陶瓷的強度高度、高硬度(HV1200-1600)、優(yōu)異耐磨性是其在該領域的核心競爭力,能替代金屬、普通陶瓷等材料,延長設備壽命并降低維護成本。北瓷工業(yè)陶瓷件耐腐蝕,海水浸泡多年,依舊保持良好性能。汽車檢具陶瓷設計
用無錫北瓷光伏陶瓷作封裝材料,提升光伏組件的封裝密度與可靠性。江西檢具陶瓷
氧化鋯陶瓷的熱導率首先由其化學組分決定,包括純度、穩(wěn)定劑種類及摻雜量,這是影響熱導率的關鍵內在因素。純度(雜質含量)高純度氧化鋯(如99.9%以上)的熱導率相對穩(wěn)定,但實際工業(yè)應用中,原料中的微量雜質(如SiO?、Al?O?、Fe?O?等)會成為聲子散射中心——熱量通過晶格振動(聲子)傳遞時,雜質原子的尺寸、原子量與氧化鋯基體差異較大,會阻礙聲子的自由傳播,導致熱導率降低。例如:含0.5%SiO?雜質的氧化鋯陶瓷,其室溫熱導率比高純度氧化鋯低10%-15%。江西檢具陶瓷