ZTA陶瓷

圍繞著氧化鋯的相關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，一直備受關注。自此將氧化鋯彌散在各種陶瓷材料的基體中進行試驗，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 性能特點及其性能與氧化鋁粉體的關聯(lián)性

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

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，其燒結性隨著所用氧化鋁顆粒的降低而提高。有實驗表明，機械研磨產(chǎn)出的亞微米粒級氧化鋁制備的ZTA在1500℃燒結具有好的機械性能，其抗彎強度達到720Mpa，斷裂韌性達到6.86MPa·m1/2，其性能較優(yōu)于化學法制備的氧化鋁復合的ZTA陶瓷。但是，并不是顆粒越細ZTA的機械性能就越好，這還同燒結溫度有關。同等溫度燒結條件下氧化鋁晶粒過大還會抑制氧化鋯的相變進而影響最終ZTA陶瓷的性能。

2 ZTA復合粉體的制備方法

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

①機械混合法：是將組成復合粉體的粉末進行混合、球磨，然后再進行燒結。該法直接、簡便，但不能保證多相組分的均勻分散。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，此法制成的復合粉體制備的陶瓷材料若因為混合不均勻易出現(xiàn)較高的氣孔率，致使材料的機械性能下降。

②多相懸浮液混合法：是通過添加分散劑、調整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，當兩種液體的固相含量均較高時，可攪拌加熱或氣流干燥，以獲得混合較高的納米復相陶瓷。

④溶膠-凝膠法：是將金屬氧化物或者氫氧化物的溶膠轉變?yōu)槟z，再將凝膠進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)由兩種材料復合制備而成的高強度、高韌性的優(yōu)能復合體，可應用于陶瓷刀具的制作可實現(xiàn)對鑄鐵和合金的加工；應用于制作工程陶瓷的界面結構，以延長工程材料的使用壽命；應用于制作耐磨瓷球；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，應用于身體硬組織（例如牙齒）的重建和修復。