ZTA陶瓷

圍繞著氧化鋯的相關(guān)特性展開的相變陶瓷增韌研究自1975年Garvie等人在《自然》雜志上發(fā)表“陶瓷鋼”一文以來，一直備受關(guān)注。自此將氧化鋯彌散在各種陶瓷材料的基體中進(jìn)行試驗(yàn)，并陸續(xù)制備出高性能的陶瓷材料。最為經(jīng)典的就是將氧化鋯注入氧化鋁陶瓷，可制得氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA，Zirconia Toughened Aluminum）陶瓷。

1 性能特點(diǎn)及其性能與氧化鋁粉體的關(guān)聯(lián)性

ZTA陶瓷是一種具有優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和高強(qiáng)度的復(fù)相陶瓷，但是可靠性低，生產(chǎn)成本高因而應(yīng)用受到限制。

ZTA陶瓷的抗彎性能和斷裂韌性與其中氧化鋁粉體的粒徑大小相關(guān)，其燒結(jié)性隨著所用氧化鋁顆粒的降低而提高。有實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)械研磨產(chǎn)出的亞微米粒級(jí)氧化鋁制備的ZTA在1500℃燒結(jié)具有好的機(jī)械性能，其抗彎強(qiáng)度達(dá)到720Mpa，斷裂韌性達(dá)到6.86MPa·m1/2，其性能較優(yōu)于化學(xué)法制備的氧化鋁復(fù)合的ZTA陶瓷。但是，并不是顆粒越細(xì)ZTA的機(jī)械性能就越好，這還同燒結(jié)溫度有關(guān)。同等溫度燒結(jié)條件下氧化鋁晶粒過大還會(huì)抑制氧化鋯的相變進(jìn)而影響最終ZTA陶瓷的性能。

2 ZTA復(fù)合粉體的制備方法

ZTA復(fù)合粉體的制備工藝有混合法、沉淀法和沉淀包裹法等。但是，超細(xì)粉體的團(tuán)聚問題，ZrO2在基體中彌散不均勻等問題一直是工藝控制的難點(diǎn)。近年來，研究人員在原有方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了許多新工藝的改進(jìn)。

①機(jī)械混合法：是將組成復(fù)合粉體的粉末進(jìn)行混合、球磨，然后再進(jìn)行燒結(jié)。該法直接、簡(jiǎn)便，但不能保證多相組分的均勻分散。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此法制成的復(fù)合粉體制備的陶瓷材料若因?yàn)榛旌喜痪鶆蛞壮霈F(xiàn)較高的氣孔率，致使材料的機(jī)械性能下降。

②多相懸浮液混合法：是通過添加分散劑、調(diào)整pH值，先分別制備各組元充分分散的單相穩(wěn)定懸浮液，然后找出各相顆粒均勻能良好分散的混合懸浮條件，將各單相懸浮液混合，再通過找出共同的絮凝條件可以制備均勻混合的粉體。

③溶膠-懸浮液混合法：由于納米溶膠的懸浮不受液體pH值的影響，極大地方便了與其它懸浮液的均勻混合，當(dāng)兩種液體的固相含量均較高時(shí)，可攪拌加熱或氣流干燥，以獲得混合較高的納米復(fù)相陶瓷。

④溶膠-凝膠法：是將金屬氧化物或者氫氧化物的溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，再將凝膠進(jìn)行干燥煅燒制備氧化物的方法。這種方法適宜于制備均勻混合的納米粉末。

3 應(yīng)用方向

氧化鋁硬度大、氧化鋯韌性好，ZTA陶瓷這一經(jīng)由兩種材料復(fù)合制備而成的高強(qiáng)度、高韌性的優(yōu)能復(fù)合體，可應(yīng)用于陶瓷刀具的制作可實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄鐵和合金的加工；應(yīng)用于制作工程陶瓷的界面結(jié)構(gòu)，以延長(zhǎng)工程材料的使用壽命；應(yīng)用于制作耐磨瓷球；依托于氧化鋁陶瓷材料優(yōu)異的生物相容性可以制成生物醫(yī)用材料，應(yīng)用于身體硬組織（例如牙齒）的重建和修復(fù)。