纳米级二氧化锆的应用简介
2020-12-18 17:42:09
高纯二氧化锆为白色粉末，含有杂质时略带黄色或灰色。熔点高达2680℃，导热系数、热膨胀系数、摩擦系数低，化学稳定性高，抗蚀性能优良，尤其具有抗化学侵蚀和微生物侵蚀的能力。二氧化锆是唯一具有酸性、碱性、氧化性和还原性的金属氧化物。因此在工业合成、催化剂、催化剂载体、特种陶瓷等方面有较大的应用价值。同时也大量用于制造耐火材料、研磨材料、陶瓷颜料和锆酸盐等。随着纳米技术的发展，纳米二氧化锆粉体的制备技术也日益成熟。纳米二氧化锆在继承了普通二氧化锆粉体特点的前提下，展现出了许多特有的优异性能。本文将向读者简要介绍一下纳米二氧化锆粉体的一些典型应用。
1、复合生物陶瓷
纳米二氧化锆烧出来的陶瓷通透性好，表面光洁度高，适合做牙科陶瓷。人造骨骼也是纳米二氧化锆的应用领域。通常方法制备的羟基磷灰石人工骨植入物，其强度和韧性都较低，不能完全满足应用要求。目前利用纳米二氧化锆和纳米羟基磷灰石制成的复合材料，其强度、韧性等综合性能可达到甚至超过致密骨骼相应性能。通过调节ZrO2含量，可使该纳米复合人工骨材料具有优良的生物相容性。
2、热障涂层材料
热障涂层是为在高温临界状态下工作的气冷金属部件提供隔热作用。纳米级ZrO2用于热障涂层显示出突出的性能，具有很高的热反射率，化学稳定性好，与基材的结合力和抗热震性能均优于其他材料。其具体应用有航空航天发动机的隔热涂层，潜艇、轮船柴油发动机气缸的衬里等。
3、润滑油添加剂
粒径在20nm~50nm范围的氧化锆粒子，能有效提高润滑油抗磨减摩性能及承载能力。纳米氧化锆的摩擦学作用机理是在摩擦表面沉积而形成具有抗磨减摩作用的润滑膜。需要注意的是纳米氧化锆的加入量有一最佳值，添加量过多，润滑油摩擦学性能会下降。
4、结构陶瓷
由于纳米二氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。部分比较典型的产品主要有:研磨介质（研磨锆珠）、喷嘴、球阀球座、氧化锆模具、微型风扇轴心、光纤插针、光纤套筒、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、表壳及表带、高尔夫球的轻型击球棒及其它室温耐磨零器件等。
5、超塑性陶瓷材料
粒径为20nm的用氧化钇稳定的ZrO2粉体制造的陶瓷材料，在做室温循环拉伸实验时，断口表面的某些微观区域已发生了明显的超塑性变形。随后行业专家在同样是用氧化钇稳定剂的四方二氧化锆中(粒径小于300nm)观察到了超塑性,在此材料基础上又加了20%Al2O3制成的陶瓷材料,超塑性可达200%~500%。研发具有超塑性的陶瓷材料一直是材料界的热点研究项目，纳米二氧化锆陶瓷材料给这一项目带来了曙光。
小结：随着纳米技术的发展和对新型复合新材料的迫切需求，纳米二氧化锆的应用必将引起更加广泛的重视。目前，纳米氧化锆在制备方面仍有许多产品分散性能问题、工艺成本控制问题有待进一步的提高。纳米二氧化锆的表面改性技术及纳米氧化锆分散性问题应该也会是未来的研究热点。
（ ：终吉）