氧化鋯陶瓷的制備工藝是決定其性能（如強(qiáng)度、韌性、致密度）的關(guān)鍵，需經(jīng)過粉末制備、成型、燒結(jié)及后續(xù)加工等多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)步驟都有嚴(yán)格的工藝要求。

一、粉末制備工藝（核心基礎(chǔ)）

氧化鋯陶瓷的性能首先取決于原料粉末的純度、粒徑和均勻性，常用制備方法包括：

化學(xué)沉淀法

原理：將鋯鹽（如硝酸鋯、氧氯化鋯）溶液與沉淀劑（如氨水、氫氧化鈉）反應(yīng)，生成氫氧化鋯沉淀，經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后得到氧化鋯粉末。

優(yōu)勢(shì)：粉末純度高（可達(dá) 99.9% 以上）、粒徑細(xì)（亞微米級(jí)）、成分均勻，適合工業(yè)化量產(chǎn)。

關(guān)鍵參數(shù)：控制溶液濃度、pH 值、反應(yīng)溫度，避免顆粒團(tuán)聚。

溶膠 - 凝膠法

原理：以有機(jī)鋯化合物（如鋯醇鹽）為原料，在溶劑中水解形成溶膠，進(jìn)一步聚合為凝膠，干燥后煅燒得到超細(xì)粉末。

優(yōu)勢(shì)：粉末粒徑可控制在納米級(jí)（<100nm），化學(xué)均勻性極佳，適合制備高純度、復(fù)雜成分的陶瓷（如添加釔穩(wěn)定的氧化鋯）。

局限：成本較高，生產(chǎn)周期長，適合實(shí)驗(yàn)室或高端產(chǎn)品。

水熱合成法

原理：在高溫高壓（通常 100-300℃、1-10MPa）的水溶液中，使鋯鹽直接結(jié)晶生成氧化鋯粉末，無需高溫煅燒。

優(yōu)勢(shì)：粉末顆粒形狀規(guī)則（如球形）、分散性好，避免了煅燒導(dǎo)致的硬團(tuán)聚，燒結(jié)活性高。

應(yīng)用：適合制備納米級(jí)四方相氧化鋯粉末。

固相法（傳統(tǒng)方法）

原理：將鋯英砂（ZrSiO?）與穩(wěn)定劑（如 Y?O?）混合，高溫煅燒（1500-1700℃）分解后粉碎，得到氧化鋯粉末。

優(yōu)勢(shì)：工藝簡單、成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

局限：粉末粒徑較大（微米級(jí)）、純度較低，性能略遜于化學(xué)法產(chǎn)品。

二、成型工藝（根據(jù)產(chǎn)品形狀選擇）

成型是將粉末制成具有一定形狀和強(qiáng)度的坯體，常用方法包括：

干壓成型

適用場景：形狀簡單的小型零件（如墊片、軸承環(huán)）。

工藝：將粉末裝入模具，通過壓機(jī)施加壓力（10-50MPa）壓制成坯體。

局限：坯體密度不均勻（邊緣高、中心低），不適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

等靜壓成型

原理：將粉末裝入彈性模具，在高壓容器中通過液體介質(zhì)（油或水）施加各向均勻的壓力（100-300MPa）。

優(yōu)勢(shì)：坯體密度高且均勻，適合大型或異形零件（如陶瓷刀具毛坯）。

分類：冷等靜壓（室溫成型，應(yīng)用最廣）、熱等靜壓（高溫高壓，用于特殊高性能材料）。

注塑成型

適用場景：形狀復(fù)雜的零件（如醫(yī)療植入物、精密齒輪）。

工藝：

將氧化鋯粉末與粘結(jié)劑（石蠟、樹脂）混合制成流動(dòng)性好的喂料；

注入金屬模具，冷卻后脫模得到坯體；

通過脫脂（去除粘結(jié)劑）后再燒結(jié)。

優(yōu)勢(shì)：尺寸精度高（可達(dá) ±0.1mm），適合批量生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

** extrusion 成型（擠出成型）**

適用場景：管狀、棒狀等長條形零件（如陶瓷噴嘴、熱電偶保護(hù)管）。

工藝：粉末與粘結(jié)劑混合成塑性泥料，通過擠出機(jī)的模具口擠出成連續(xù)坯體，切割后干燥。

三、燒結(jié)工藝（決定致密度和晶體結(jié)構(gòu)）

燒結(jié)是將坯體在高溫下加熱，使粉末顆粒擴(kuò)散、融合，形成致密陶瓷的過程，直接影響材料的力學(xué)性能：

常壓燒結(jié)（最常用）

工藝：在空氣或惰性氣氛中，以 1400-1600℃加熱（保溫 2-4 小時(shí)），隨爐冷卻。

關(guān)鍵參數(shù)：

升溫速率：控制在 5-10℃/min，避免坯體開裂；

燒結(jié)溫度：過高會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大（降低韌性），過低則致密度不足（影響強(qiáng)度）。

適用范圍：大部分工業(yè)用氧化鋯陶瓷（如部分穩(wěn)定氧化鋯 PSZ）。

熱壓燒結(jié)

工藝：在燒結(jié)過程中同時(shí)施加軸向壓力（10-50MPa），溫度略低于常壓燒結(jié)（1300-1500℃）。

優(yōu)勢(shì)：致密度更高（可達(dá) 99% 以上），晶粒更細(xì)小，材料強(qiáng)度和韌性顯著提升。

局限：設(shè)備成本高，僅適合平面、塊狀等簡單形狀產(chǎn)品。

微波燒結(jié)

原理：利用微波直接加熱坯體（內(nèi)部發(fā)熱），升溫速度快（可達(dá) 50-100℃/min），燒結(jié)溫度降低 100-200℃。

優(yōu)勢(shì)：晶粒細(xì)小、能耗低，適合制備納米結(jié)構(gòu)氧化鋯陶瓷。

局限：對(duì)坯體形狀和尺寸有要求，大規(guī)模應(yīng)用受限。

四、后續(xù)加工工藝（精密化處理）

氧化鋯陶瓷燒結(jié)后硬度極高（莫氏硬度 8.5），需用特殊方法加工以滿足尺寸精度和表面質(zhì)量要求：

磨削加工

用金剛石砂輪（樹脂結(jié)合劑或金屬結(jié)合劑）進(jìn)行平面、外圓或內(nèi)孔磨削，精度可達(dá) ±0.001mm。

適用于軸承、密封件等對(duì)尺寸精度要求高的零件。

激光加工

利用高能激光束進(jìn)行切割、打孔或雕刻，適合復(fù)雜形狀或微小結(jié)構(gòu)（如醫(yī)療用微孔陶瓷）。

優(yōu)勢(shì)：無機(jī)械應(yīng)力，避免加工時(shí)開裂。

超聲波加工

通過超聲波振動(dòng)帶動(dòng)磨料（金剛石微粉）沖擊陶瓷表面，適合脆性材料的異形加工（如復(fù)雜型腔）。