在全球范圍內(nèi)，氧化鋯生產(chǎn)企業(yè)主要集中在少數(shù)國家，這主要包括中國、日本、法國、英國、美國、澳大利亞等。全球范圍內(nèi)，復(fù)合氧化鋯產(chǎn)業(yè)布局較全的企業(yè)包括圣戈班，日本東曹，日本第一元素，昭和電工，法國蘇維、日本住友大阪水泥等。其中日本第一元素的主營業(yè)務(wù)以鋯化合物為主頁，其他企業(yè)大多是大型綜合型企業(yè)。

以氧化鋯為主要成分，加入稀土元素（主要是氧化釔）和其他氧化物后，可以形成具有不同性能特點的復(fù)合氧化鋯粉體。復(fù)合氧化鋯的性質(zhì)取決于它所結(jié)合的物質(zhì)類型或晶體結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的具體需求，采用不同的配方可以制備出具有不同性能的不同品種的復(fù)合氧化鋯材料。

總的而言，氧化鋯陶瓷分為三大類：①PSZ部分穩(wěn)定氧化鋯，又叫陶瓷鋼（具有優(yōu)越的抗沖擊性）；②TZP四方多晶氧化鋯（更好的機(jī)械強(qiáng)度和斷裂韌性）；③FSZ全穩(wěn)定氧化鋯，晶相立方相，具有高溫導(dǎo)電性能，但熱膨脹系數(shù)高，抗熱震性差。下文小編將以鋯化合物品種齊全的日本第一元素的產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域來看看復(fù)合氧化鋯在工業(yè)上的應(yīng)用范疇。首先，扔出一張第一元素的產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域大集合的機(jī)翻截圖（見下圖）供大家參考。

1、催化劑

由于氧化鋯是唯一同時擁有酸性和堿性及氧化性和還原性的金屬氧化物，而且還是p型半導(dǎo)體，易于產(chǎn)生氧空穴，作為催化劑載體，可和活性組分產(chǎn)生相互作用，因此它負(fù)載的催化劑與其他物質(zhì)負(fù)載的催化劑相比，具有更多的優(yōu)良性能。

2、精細(xì)陶瓷件

氧化鋯陶瓷可以具有優(yōu)秀的力學(xué)性能及斷裂韌性，抗化學(xué)腐蝕能力，而且生物相容好，因此在工業(yè)及生活上你都能看見氧化鋯陶瓷材料的背影。

氧化鋯陶典型用途：刀具、義齒、軸承等材料

3、電池材料

固體氧化物燃料電池是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展起來的新型綠色能源。由于其具有能量轉(zhuǎn)化效率高（可達(dá)65%）、可使用多種燃料如氫氣，一氧化碳，甲烷等，系統(tǒng)設(shè)計簡單，污染無排放量低等優(yōu)點將被應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)。固體電解質(zhì)是SOFC的核心部件。

固體燃料電池示意圖

氧化鋯陶瓷因具擁有較高的離子電導(dǎo)率，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，成為研究最多、應(yīng)用最為廣泛的一類固體電解質(zhì)材料。

4、耐火材料

氧化鋯使用溫度高（2300℃-2400℃）、化學(xué)穩(wěn)定性好、不易分解、抗酸堿爐渣腐蝕性強(qiáng)，是極好的特種氧化物耐火材料。工業(yè)采用氧化鋯基耐火材料，可以制取抗熱沖擊、抗腐蝕和抗磨損能力優(yōu)秀的耐火材料，可以使耐火材料具有更好的性能和更長的使用周期。當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)連續(xù)鑄造鋼及合金等材料的制造過程中，對鋼材等金屬材料的品質(zhì)提升及成本降低有著重要的意義。

氧化鋯泡沫陶瓷用于鋼水過濾

5、光學(xué)材料

二氧化鋯ZrO ₂是一種高折射率，低吸收性材料，可用于近紫外（<300 nm）至紅外（~8μm）光譜區(qū)域的涂層。納米氧化鋯添加到特種涂層材料中，可以在不改變透光率的前提下，提高涂層的折射率。在光學(xué)材料領(lǐng)域，納米氧化鋯除了用作涂層外，還可以用作光學(xué)鏡片的拋光材料。目前國內(nèi)外使用的超軟光學(xué)玻璃，化學(xué)穩(wěn)定性差、易腐蝕和水解，熱膨脹系數(shù)高，相比于常規(guī)光學(xué)元件而言實現(xiàn)其超光滑表面加工的難度要大很多，采用單純的稀土拋光液并不能滿足要求，而以氧化鋯為主要原料制備而成的拋光液則可適用于超軟材質(zhì)光學(xué)玻璃的精密拋光。

6、電子材料

用于氧傳感器：對于使用三元催化轉(zhuǎn)換器來減少污染排放的發(fā)動機(jī)，氧氣傳感器在汽車工業(yè)中是必不可少的。它是利用陶瓷敏感元件測量汽車排氣管道中的氧電勢，由化學(xué)平衡原理計算出對應(yīng)的氧濃度，達(dá)到監(jiān)測和控制燃燒空燃比，以保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達(dá)標(biāo)的測量元件。目前，使用的氧傳感器有兩種：氧化鈦和氧化鋯。如下圖所示，其核心元件是多孔的ZrO₂陶瓷管，它是一種固態(tài)電解質(zhì)，兩側(cè)面分別燒結(jié)上多孔鉑（Pt）電極。

氧化鋯用于汽車氧傳感器

用于壓電材料原料：鋯鈦酸鉛（PbZr_xTi_1-xO₃，PZT）陶瓷是商業(yè)上一類重要的壓電材料。與其他壓電陶瓷相比，PZT陶瓷不僅具有較高的居里溫度和壓電系數(shù)，而且易于摻雜改性，具有較好的穩(wěn)定性，因而在電子機(jī)械制造業(yè)具有很重要的地位，是制備聲納、水聽器、超聲發(fā)生器、搞伏特發(fā)電機(jī)和位置微調(diào)器等大部分電子機(jī)械裝置的基礎(chǔ)材料。

鋯鈦酸鉛的合成方法有多種：高溫?zé)Y(jié)法、固相研磨法、溶液水熱合成法、凝膠法等等。前兩種稱為固相法，采用氧化鉛+二氧化鈦+二氧化鋯為原料，在特定的條件下進(jìn)行反應(yīng)，生成鋯鈦酸鉛產(chǎn)物。其顏色與合成過程、產(chǎn)品顆粒度有關(guān)。

用于電容器：MOSFET（金屬-氧化物-半導(dǎo)體-場效應(yīng)晶體管）的核心：金屬—氧化層—半導(dǎo)體電容。柵極氧化層隨著MOSFET尺寸變小而越來越薄，主流的半導(dǎo)體制程中，甚至已經(jīng)做出厚度僅有1.2納米的柵極氧化層，大約等于5個原子疊在一起的厚度而已。在這種尺度下，所有的物理現(xiàn)象都在量子力學(xué)所規(guī)范的世界內(nèi)，例如電子的穿隧效應(yīng)。因為穿隧效應(yīng)，有些電子有機(jī)會越過氧化層所形成的位能障壁而產(chǎn)生漏電流，這也是今日積體電路芯片功耗的來源之一。為了解決這個問題，有一些介電常數(shù)比二氧化硅更高的物質(zhì)被用在柵極氧化層中。例如鉿和鋯的金屬氧化物（二氧化鉿、二氧化鋯）等高介電常數(shù)的物質(zhì)均能有效降低柵極漏電流。柵極氧化層的介電常數(shù)增加后，柵極的厚度便能增加而維持一樣的電容大小。而較厚的柵極氧化層又可以降低電子透過穿隧效應(yīng)穿過氧化層的機(jī)率，進(jìn)而降低漏電流。

7、制動材料

陶瓷材料具有高耐熱性，熱穩(wěn)定性和硬度等特性，作為先進(jìn)陶瓷中重要的一員，氧化鋯陶瓷當(dāng)然也具有相似的特點。鑒于先進(jìn)陶瓷具有這些優(yōu)秀品質(zhì)，研發(fā)人員將其引入了摩擦材料中，以獲得最極端工作條件下壽命更長更耐用的摩擦材料，如今，越來越多的用于剎車片和離合器襯里的復(fù)合材料配方中含有陶瓷材料。

許多陶瓷材料都可以加入制動材料中，這其中包括了我們今天介紹的氧化鋯陶瓷，此外常見的有碳化硅、氧化鋁、二氧化硅和氧化鎂等。

制動剎車片材料的微觀結(jié)構(gòu)舉例

8、熱噴涂材料

采用熱噴涂技術(shù)，在金屬集體上沉積陶瓷涂層，將陶瓷耐高溫、隔熱、耐磨、耐蝕、絕緣等特性與金屬材料的強(qiáng)韌性、可加工性、導(dǎo)電導(dǎo)熱等特性結(jié)合起來，獲得理想復(fù)合涂層制品，已成為當(dāng)今復(fù)合材料及制品研制領(lǐng)域的一個重要發(fā)展方向。航空表面防護(hù)技術(shù)是熱噴涂持續(xù)多年的研究熱點，航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件是高溫合金渦輪葉片和渦輪盤，當(dāng)前發(fā)動機(jī)渦輪進(jìn)口溫度以接近或超過合金的熔點，這樣高的溫度會影響發(fā)動機(jī)的功能和染料。因此高溫合金的一個重要發(fā)展趨勢就是在合金表面涂覆隔熱性能良好的高熔點陶瓷涂層（熱屏蔽涂層TBC_S）。目前TBC_S應(yīng)用最多的是氧化釔穩(wěn)定氧化鋯材料。

粉體圈 編輯：小白