1 前言

縫殼中Zr含量居第20位，自然界中氧化鋯礦物主要是由鋯英石和斜長石組成，氧化鋯及制品主要原料是锫英石，全球90％的氧化鋯(初級產(chǎn)品)由中國制造。氧化鋯按制作工藝不同分為化學(xué)法氧化鋯和電熔法氧化鋯，電熔氧化鋯又分為電熔單斜氧化鋯和電熔穩(wěn)定氧化鋯。氧化鋯主要化學(xué)成份是ZrO2,常壓下純ZrO2有3種晶形，它們相互轉(zhuǎn)化如下：單斜晶-1170-四方晶形-2370-當(dāng)立方晶形-2715-熔體。

Zr02是一種高熔點化學(xué)穩(wěn)定性強的材料，它同時具有酸性、堿性、氧化還原性的無機非金屬材料，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿具強抗腐蝕性能，抗氧化性接近Nb205、Ta2 03；有優(yōu)越的物理性能，無輻射光學(xué)性能好、熔點高、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、有小的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)小具優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，有超高硬度強度耐磨損具突出的機械性能，可塑性好易加工成板、絲等特性以及穩(wěn)定化后的增韌性。

氧化鋯及制品是現(xiàn)代高技術(shù)結(jié)構(gòu)陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、現(xiàn)代冶金用高性能耐火材料、高性能高溫隔熱材料的主要原料之一，是支撐現(xiàn)代高溫電熱裝備、航空航天器構(gòu)件、軍工、核反應(yīng)、原子能領(lǐng)域、敏感元件、玻璃、人造寶石、冶金耐火材料等高新技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)的支柱之一；是國家產(chǎn)業(yè)政策中鼓勵重點發(fā)展的高性能新材料之一。

隨著氧化鋯系列產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)，進(jìn)一步將其應(yīng)用領(lǐng)域擴展到結(jié)構(gòu)材料和功能材料中。

2軍工、航天、核反應(yīng)、原子能等國防工業(yè)

Zr有突出地核性能是發(fā)展原子能工業(yè)不可缺少的材料，我國大型核電站普遍用此材料，如核動力發(fā)電每一萬千瓦發(fā)電一年消耗20～25噸Zr材料，3萬馬力的核潛艇用作核燃料的包套和壓力管的用量達(dá)20～30噸，用于核反應(yīng)堆的堆蕊結(jié)構(gòu)材料具有燃耗低、經(jīng)濟性好、運行安全、破損低等優(yōu)點。Zr具高硬度高強度，含Zrl％地裝甲鋼、大炮鋼、不銹鋼是制造是制造裝甲車、坦克、大炮和防彈單板等武器的重要材料；又因其具有極高熔點、傳熱率低以及極好的耐磨性能用于航天飛機外殼的隔熱瓦、火箭及導(dǎo)彈、雷達(dá)保護(hù)罩，加入氧化釔穩(wěn)定劑穩(wěn)定后的氧化锫陶瓷涂層用于高性能渦輪航空發(fā)動機上。

3能源材料

固體氧化物燃料電池是一種新型發(fā)電裝置，氧化鋯因其具有氧離子傳導(dǎo)性、在高溫下導(dǎo)電性能增強，故可用于制造固體燃料電池。采用氧化锫制作的燃料電池具有高效、能源轉(zhuǎn)換快、無污染、體積小、節(jié)能減排、全固態(tài)結(jié)構(gòu)以及對多種燃料氣體的廣泛適應(yīng)等優(yōu)良特性，有大量替代傳統(tǒng)燃料電池之趨勢。氧化鋯制品也作石油催化劑。

4生物功能材料

氧化鋯材料制品制作人工關(guān)節(jié)、骨修復(fù)、牙齒等，用該材料制作的烤瓷牙具有以下優(yōu)點：

4．1最佳美學(xué)效果

氧化鋯光學(xué)性能好、化學(xué)性資穩(wěn)定，故作出的烤瓷牙光線透光性好較真實，且鑲?cè)撕箢i部不象其他金屬會變黑變暗發(fā)青。

4．2最佳生物相容性

氧化鋯導(dǎo)熱系數(shù)小利于牙髓保護(hù)，因具耐酸堿抗氧化性對牙齦無毒無刺激無過敏不腐蝕，其生物相溶性優(yōu)于各種金屬。

4．3最佳精密度和邊緣密合

氧化鋯機械性能好韌性高可塑性強易于加工，能保證模內(nèi)冠的精確和優(yōu)良邊緣密閉性，瓷牙與患者口內(nèi)基牙切合減少修復(fù)后牙根類發(fā)病率。

4．4最具可靠性

氧化鋯穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)不與空氣、水及其他電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)、生物反應(yīng)對人體無害，常溫下絕緣、對X射線無阻擋、頭顱X射線、CT、核磁共振檢查無需撤掉假牙；

4．5高密度、高強度、高韌性

此材料制作的烤瓷牙曲強度>900MPa，強度比Empressz(鑄瓷冠)高1．5倍，抗破裂以及破裂后強韌的固化性。

5氧化鋯在纖維中應(yīng)用

該材料是唯一能滿足2000℃以上超高溫氧化氣氛下長期使用，是目前國際最頂尖的高檔輕質(zhì)耐火材料；氧化鋯常溫下為絕緣材料比電阻1015ΩNaN，溫度升至600℃可導(dǎo)電、1000℃以上是良導(dǎo)體，可作1800℃高溫發(fā)熱元件，最高工作溫度可達(dá)2400℃，現(xiàn)已用于2000℃以上氧化氣氛下的發(fā)熱元件及設(shè)備中，磁流體發(fā)電的電極材料也在研究中，還用于1500～2200℃的超高溫工業(yè)窯爐、超高溫實驗電爐和其他超高溫加熱裝置。用于陶瓷燒結(jié)、金屬冶煉、高溫分解、半導(dǎo)體制造、石英熔融、晶體生長、實驗室研究等；可作高溫過濾材料和高溫反應(yīng)催化劑載體，也用于高溫下液體或氣體過濾除雜質(zhì)以及高溫化學(xué)反應(yīng)合成、裂解、催化劑等，用于航空航天、國防軍工、原子能等關(guān)鍵領(lǐng)域。

6氧化鋯在耐火材料中的應(yīng)用

6．1鋼鐵行業(yè)

鑄鋼耐火材料特別是生產(chǎn)高靜壓成型產(chǎn)品包括中間溜槽鋼、出液口、侵入式噴嘴、滑動擋板，特別是暴露在最高溫中心區(qū)域內(nèi)的設(shè)備。

6．2特種玻璃行業(yè)

如耐火材料(A12 03-Zr02一Si02 AZS)：氧化鋯賦予熔融玻璃良好抗高溫、抗腐蝕性能、不出現(xiàn)現(xiàn)反應(yīng)區(qū)、玻璃內(nèi)不產(chǎn)生碎石，這種材料是ZrO2岔量越高、級別越高，抗腐蝕能力則越強。

6．3耐火坩堝

氧化鋯熔點高達(dá)2700℃，加熱至1900。C不與熔融的AI、Fe、Ni、Pt等金屬以及硅酸鹽、酸性爐渣反應(yīng)，用其制作的坩堝能成功熔煉Pt、Pd、La、Cs等金屬及合金，用于熔煉K、Na、石英玻璃以及氧化物。

6．4氧化鋯窯爐材料、氧化鋯空心磚

大型玻璃池窯頂部和關(guān)鍵部位由氧化鋯材料制成，空心磚石是指將熔融的氧化鋯吹制得到大小不同的空心球制備各種高級隔熱磚，它能避免陶瓷纖維老化后粉塵污染、有益環(huán)保。

7通訊領(lǐng)域、電子領(lǐng)域

氧化鋯具優(yōu)良力學(xué)性能、耐腐蝕、特殊光性能、電性能和高絕緣性能是光通訊重要元件、光纖連接器主要材料；以前使用的金屬、塑料材料因光損大使用壽命短已被氧化鋯材料取代。

電子領(lǐng)域主要在集成電路基板、電容、電阻等電子元件上使用。

8汽車領(lǐng)域

汽車零部件中的火花塞、氣門、觸媒等使用氧化鋯材料；該行業(yè)在使用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放污染的發(fā)動機上安裝氧傳感器中使用最多的是氧化鋯；日本科學(xué)家制成多空氧化鋯傳感器裝在發(fā)動機上自檢發(fā)動機中氧與然燒氣體比例來自動控制輸入氣體和排出氣體比例、極大減少汽車尾氣排放量節(jié)約能源；該技術(shù)在我國已被應(yīng)用。保時捷汽車制動盤和人造傳送帶也使用氧化鋯材料。

9機械領(lǐng)域

氧化鋯具抗磁、電絕緣、耐磨耐腐蝕、無油自潤滑、耐高溫耐寒等優(yōu)點，被用于極為惡劣和特殊環(huán)境

中。如：

9．1微型冷風(fēng)扇

用氧化鋯材料制作的風(fēng)扇其產(chǎn)品噪音、穩(wěn)定性、壽命優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品，富士康生產(chǎn)的電腦散熱風(fēng)扇就是使用的該材料。

9．2閥門

我國各行業(yè)普遍使用金屬閥門、受材料限制，金屬被腐蝕破壞了閥門的可靠性及耐磨期限，使用過程中摩擦表面由于機械作用金屬與壞境發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生磨損破壞，石油、天然氣、油層水等介質(zhì)中H2S、C02和有機酸使其表面破壞增大而失去工作能力；而氧化鋯材料制作的閥門則有耐磨、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、防腐、抗高溫、熱震性好等優(yōu)良特性更能勝任這一領(lǐng)域。

9．3缸套

磨介、攪拌棒、軸承。

10 民用

(1)氧化鋯制作的陶瓷刀具環(huán)保、不生銹、耐用、耐磨損、耐酸堿、防靜電、強度高、不與食物發(fā)生反應(yīng)等優(yōu)點，現(xiàn)市場有：餐刀、剪刀剃須刀、手術(shù)刀、畜牧用推剪刀。

(2)河北勇龍邦大新材料公司與清華大學(xué)新型

陶瓷與工藝國家重點實驗室共同研制“園珠筆用氧化鋯陶瓷球珠”克服斷線掉球死珠現(xiàn)象、填補國內(nèi)空

白、被列為國家制筆行業(yè)“十一五”國家重點推廣新產(chǎn)品。

(3)寶石材料人工合成氧化锫即“CZ鉆”最早由蘇聯(lián)人合成，它光學(xué)性能好是物美價廉的鉆石替代品。

11陶瓷添加劑

氧化鋯是黃綠色顏料良好的助色劑，要性能好的釩锫黃顏料必須用質(zhì)純的氧化鋯；高純氧化鋯能提高釉的高溫粘度擴大高溫粘度變化的溫度范圍，有較好的熱穩(wěn)定性；ZrO2含量在2％～3％時可提高釉料抗龜裂性能還起浮濁劑作用。