15589356621 浏览数量： 0 作者： 本站编辑 发布时间： 2025-12-15 来源： 本站
氧化锆（化学式：ZrO₂）是一种高性能的结构陶瓷材料，具有以下特点：
高熔点（约2700°C）
高硬度（维氏硬度约12–14 GPa）
优异的断裂韧性（可达5–15 MPa·m¹/²，远高于大多数陶瓷）
低热导率
良好的化学稳定性和生物相容性
但纯氧化锆在冷却过程中会发生单斜相（m-ZrO₂）↔ 四方相（t-ZrO₂） 的相变，伴随约3–5%的体积变化，容易导致材料开裂。
因此，工业上通常加入稳定剂（如Y₂O₃、MgO、CeO₂等）来部分或完全稳定其高温四方相或立方相，形成：
部分稳定氧化锆（PSZ）
四方多晶氧化锆（TZP），如常用的 Y-TZP（钇稳定四方氧化锆）
其中，Y-TZP 在室温下保留亚稳态的四方相，在受到裂纹应力时可发生 应力诱导相变（t → m），产生体积膨胀，从而“挤压”裂纹、阻止其扩展——这就是相变增韧机制。
| 性能指标 | 纯氧化铝陶瓷 | ZTA陶瓷（如85–95% Al₂O₃ + 5–15% ZrO₂） |
|---|---|---|
| 抗弯强度 | 300–400 MPa | 600–1200 MPa（提升1–2倍） |
| 断裂韧性 (KIC) | 3–4 MPa·m¹/² | 5–8 MPa·m¹/²（提升50–100%） |
| 硬度 | 15–18 GPa | 14–17 GPa（略低，但依然很高） |
| 耐磨性 | 良好 | 更优（因强度和韧性提高，抗剥落能力增强） |
| 抗热震性 | 一般 | 改善（韧性提高有助于缓解热应力开裂） |
| 成本 | 较低 | 中等（高于纯Al₂O₃，远低于纯ZrO₂） |
显著提高韧性与强度
氧化锆颗粒在氧化铝基体中通过相变增韧和微裂纹增韧机制，大幅提升材料抵抗裂纹扩展的能力。
保持高硬度和耐磨性
氧化铝作为主相，确保了材料的高硬度；而增韧后的结构使其在磨损过程中不易产生碎裂或剥落。
性价比高
相比纯氧化锆陶瓷（如Y-TZP），ZTA成本更低；相比纯氧化铝，性能明显提升，是工程应用中的理想折中方案。
适用范围更广
可用于对强度、耐磨、耐腐蚀有综合要求的场合，如：
切削刀具
轴承球/滑动部件
泵密封环
人工关节（需生物级ZTA）
防弹插板
可以把纯氧化铝想象成“硬而脆的玻璃”，而ZTA就像是“加入了钢筋的混凝土”——既保持了硬度（刚性），又增加了抗冲击和抗开裂能力（韧性）。
