氧化锆珠的相似材料

氧化锆珠、硅酸锆、锆铝复合材料都是属于研磨介质，但是国内目前还没有一个有关锆系列研磨介质的统一的命名标准，市场对氧化锆珠或相近的产品称呼五花八门。

下面就珠子成品组成和最终化学结构依国际上通用的行业标准作阐述。

氧化锆分子式为ZrO2，英语单词为Zirconia 或者Zirconium Oxide，纯氧化锆主要以三种形体存在，单斜晶系（m-ZrO2）、四方晶系（t-ZrO2）、正方晶系（c-ZrO2）。

这三中形体在不同的温度下可以相互转变，小于1300℃下是以单斜晶系存在。单斜晶系因晶胞本身的结构受外力的作用下体系很不稳定；四方晶系和正方晶系的晶格结构却相当的稳定。

作为起分散和研磨物料作用的介质球--氧化锆珠(或氧化锆球)就得解决在通常使用温度范围内（0-80℃）的单斜晶系转变成四方晶系的问题，掺杂碱土和稀土氧化物是一种有效的方法，这样就出现了不同的稳定剂，如氧化钇、氧化铈、氧化镁和氧化钙等。实践证明，氧化钇和氧化铈稳定的氧化锆珠是较理想的研磨介质，具有较高的断裂强度和耐磨性。

不同的稳定剂、同一种稳定剂不同的量所稳定的氧化锆，晶相结构都不一样。下面列出常见的几种晶相的氧化锆。

一、全稳定的氧化锆FSZ(Full Stabilized Zirconia)：

加8%摩尔比的氧化钇或15%摩尔比的氧化钙可得到正方晶相氧化锆，因此体系不会转变，故称为全稳定的氧化锆FSZ(Full Stabilized Zirconia)，或称正方相氧化锆。主要用作人工宝石、感应头、耐火材料和颜料等。

二、部分稳定的氧化锆PSZ(Partical Stabilized Zirconia)：

单斜相和正方相呈现这种结构。因其具有优秀的导热性而通常被用于加热和导热材料。

三、四方相氧化锆TZP(Tetragonal Zirconium Polycrystal) 或TTZ(Tetragonal Toughened Zirconia)：

加3%摩尔比的氧化钇或约12%摩尔比的氧化铈成为四方晶相氧化锆，此晶相的产品特别适合作研磨材料。如赛诺氧化锆珠CZY-95(密度≥6.0kg/dm3)，CZC-80（密度≥6.2kg/dm3)和耐诺氧化锆球(NanorZr-95B)，因它们具有较高的耐压强度和较低的磨耗率而成为研磨介质的标杆产品。

为了更清楚的缕清什么是氧化锆珠，有必要将现市场上其它产品列出，以作比较。

一、硅酸锆(Zircon or Zirconium Silicate)：

硅酸锆可以看作是一种复合氧化物，由相同摩尔比的氧化硅和氧化锆组成，分子式为ZrSiO4。比重约为4.0kg/dm3，维氏硬度约为1000kgf/mm2。硅酸锆珠因其中等的密度和硬度，优良的耐磨性和价格比氧化锆珠便宜而被普遍的使用。

按珠子定相工艺来说分烧结和电熔法两种。由锆英砂作原料的经烧结做出来的珠子是以一致的微观结构体现，其代表产品是赛诺硅酸锆珠CZS-64；后者是以氧化锆粉和氧化硅粉熔融混合而成，微观结构是以氧化锆晶体和氧化硅玻璃体分别存在，同时空腔珠不能避免也是此工艺的一缺陷。

由于历史的原因，很多人把硅酸锆珠误称为氧化锆珠，而把其称作锆珠是一种简称；当然也有人把氧化锆珠简称为锆珠，混乱就此产生。

二、锆铝复合材料(ZrO2 & Al2O3 Complex Ceramic)：

氧化锆和氧化铝按不同的摩尔比组成氧化物的复合材料，按两者比例的多寡分锆增韧氧化铝和铝增韧氧化锆，磨介的代表产品是耐诺复合锆珠NanorZr-30和NanorZr-76；这两种珠子的产生主要从改善材料的性能和降低成本来考虑，但不是实际意义上的氧化锆珠或纯锆珠。

如何辩别氧化锆珠的真伪和选择高质量的氧化锆珠，除了注重研磨介质的外型、表面光泽、密度和耐压强度的物理表征外，还要跟踪使用后珠子的状况，表面粗糙、变形严重的珠子应尽快更换。

光纤接插件和光纤跳接线： 用陶瓷制作的光纤连接器与光纤跳接线是光纤网路中应用面最广并且需求量最大的光无源器件。单模多模活动光纤连接器中核心零件,其中主要部件—二氧化锆陶瓷套管（即连接器精密针），它所用的材料就是氧化钇 Y2O3 稳定的四方氧化锆粉末。其主要用途有： 氧化锆陶瓷轴承 氧化锆全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨、耐腐蚀、无油自润滑、耐高温、耐高寒等特点，可用于极度恶劣环境及特殊工况。 目前氧化锆陶瓷轴承已被微型冷却风扇所采用，其产品寿命及噪音稳定性均优于传统的滚珠及滑动轴承系统，富士康公司率先在电脑散热风扇上采用了氧化锆陶瓷轴承。 氧化锆陶瓷阀门 目前，我国各个行业中普遍使用的阀门是金属阀门，金属阀门的使用也有100多年的历史，期间虽然也经历过材料及结构的改变，但由于受金属材料自身的限制，金属的腐蚀破坏对阀门耐磨性的作用期限、可靠性、使用寿命具有相当大的影响，机械和腐蚀的作用因素对金属的作用大大地增加了接触表面总的磨损量，阀门操作过程中，摩擦的表面由于同时的机械作用和金属与环境进行化学的或电化学的相互作用的结果产生磨损和破坏，对于阀门而言，其管道工作气候条件的复杂；石油、天然气和油层水等介质中硫化氢、二氧化碳和某些有机酸的出现，使其表面的破坏力增大，从而迅速失去工作能力。 氧化锆陶瓷阀门优良的耐磨性、防腐性、抗高温热震性，能够胜任这一领域。 氧化锆研磨材料 氧化锆磨球具有硬度大、磨损率小、使用寿命长、可大幅减少研磨原料的污染，能够很好地保证产品质量，同时氧化锆材料密度大，用做研磨介质时撞击能量强，可大大提高研磨分散效率，可有效缩短研磨时间。 良好的化学稳定性决定了其耐腐蚀性，可以在酸性和碱性介质中使用。 由中国建筑材料科学研究院研究开发的氧化锆陶瓷磨球，磨损率仅为0.04/24h，在球磨、振动磨、行星磨和搅拌磨等磨机中被广泛采用当作研磨介质。 3.氧化锆功能陶瓷 圆珠笔用氧化锆陶瓷球珠 我国是制笔大国，国际上每5支笔中有4支来自中国，已形成近800亿元/年的市场，一般情况下，圆珠笔用球珠主要是不锈钢和炭化钨材料，但这类球珠在书写过程中经常出现断线、掉珠、死珠、蘸头等现象，目前由河北省勇龙邦大新材料有限公司与清华大学新型陶瓷与工艺国家重点实验室共同研制的“圆珠笔用氧化锆陶瓷球珠”克服了以上缺陷，填补了国内空白，该科技成果已被列为国家制笔行业“十一五”国家重点推广新产品[3]。 氧化锆陶瓷刀具 氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、不会与食物发生反应的特点，同时刀体光泽如玉，是当今世界理想的高科技绿色刀具，目前市场主要产品有：氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手术刀等，近几年在欧、美、日、韩等地已开始流行。 氧化锆高温发热材料 氧化锆在常温下为绝缘材料，比电阻高达1015Ω·cm，温度升高至600℃可以导电，而在1000℃以上时是良导体，可作1800℃高温发热元件，最高工作温度可以达到2400℃，目前已经被成功地用于2000℃以上氧化气氛下的发热元件及其设备中，磁流体发电的电极材料也在积极的研究之中。 氧化锆生物陶瓷材料 烤瓷牙家族中的贵族—氧化锆烤瓷牙，烤瓷牙材料的好坏直接影响它的质量和患者身体健康，因烤瓷牙的内冠是由不同金属材料制作而成，金属内冠易与口腔唾液发生氧化反应，氧化锆材质的烤瓷牙由于没有金属内冠层，牙齿透明度好，光泽度极佳，更有效避免了牙齿过敏和牙龈黑线等问题，具有足够好的遮色能力，能够完美解决重度四环素牙患者的牙齿美容需求，而且氧化锆材质的强韧性弥 补了普通烤瓷牙易蹦缺的缺点，生物相容性好，不刺激口腔粘膜组织，易于清洁，是目前国内外最优质的烤瓷牙。 氧化锆涂层材料 高性能Y2O3等稳定剂稳定的氧化锆热障陶瓷涂层材料，主要应用于高性能涡轮航空发动机。 氧化锆通讯材料 近年来随着信息及通信等新兴产业的发展，其产品越来越向高精密、小型化方向发展，增韧氧化锆陶瓷优良的力学性能、耐腐蚀及高绝缘性能能够胜任这一领域，目前已有氧化锆陶瓷插针和氧化锆陶瓷套筒产品问世。在陶瓷PC型光纤活动连接器中，二氧化锆插针体是其关键部件。 氧化锆氧传感器 汽车工业中在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的，目前使用的氧传感器有氧化钛式和氧化锆式两种，其中应用最多的就是氧化锆式氧传感器。 早在20世纪70年代中期，日本汽车生产技术完备却难以进入美国市场，但美国制定新政策限制汽车尾气污染给日本带来了机会，日本科学家把氧化锆制成多孔氧传感器，装在发动机里自动检测发动机里氧气与燃烧气体的比例，并自动控制输入气体和排出气体的比例，从而大大减少汽车排放的有害气体，使日本汽车一举打入美国市场。 4.氧化锆装饰材料 传统意义上的装饰陶瓷由普通硅酸盐系统材料制作而成，例如：陈设瓷中的花瓶、陶瓷画板、室内外装潢用陶瓷墙地砖等。氧化锆装饰材料开创了人类美化自身的新领域，目前主要应用于单纯的佩饰品及兼有应用功能的佩饰品。 氧化锆宝石材料 氧化锆宝石材料分为天然立方氧化锆和人工合成立方氧化锆两种。 自然状态下天然的立方氧化锆极难寻找到，决定了其具有了宝石材料稀有性的特点，自然形成的立方氧化锆颜色非常丰富，大颗优质的天然锆石价格决不在同等的钻石之下，是非常稀少的贵重天然宝石。 人工合成立方氧化锆光学性能良好，是廉价而有美丽的钻石替代品。 氧化锆陶瓷首饰 氧化锆陶瓷首饰目前主要有以下几种类型：（1）镶嵌了氧化锆的银首饰，在这里氧化锆的范围就比较宽广，包括二氧化锆石、工业二氧化锆、高纯二氧化锆、稳定二氧化锆、超细二氧化锆、锆英砂、锆英粉等，镶有立方氧化锆的银镀铑的首饰特别受欧洲客户的青睐。（2）单纯氧化锆材料佩饰品，是目前装饰陶瓷市场正悄然兴起的一类产品，国内已有陶瓷生产公司在研究、开发、销售这类产品过程中走在了同行业的前列，对这一产业政府也给予了高度重视，2006年北京市科技型中小企业技术创新基金无偿资助项目中就有彩色氧化锆结构陶瓷的研制，市面上有近300多种新的陶瓷佩饰产品，既包括各种新型的款式也包括各种色泽明快的颜色，而且该类产品在欧、美、日和中国香港等地区均有很好的市场，特别受到欧洲市场的青睐。（3）兼有应用功能的佩饰品，典型的产品是陶瓷手表表壳、表圈、表带等产品，国际知名品牌Chanel/香奈尔、RADO/雷达等手表均有全陶瓷款式，而且价格不菲。 5.氧化锆其它应用 与氧化锆形成复相材料 与其它材料复合形成的复相材料，比如氧化锆与氧化铝、莫来石等材料形成的复相材料，得到了比单相材料具有更优异性能的新材料。 普通陶瓷添加剂 陶瓷色釉料方面的应用：氧化锆为黄绿色颜料良好的助色剂，若想获得性能较好的钒锆黄颜料，必须选用质纯的氧化锆，另外在釉料制造方面，纯的氧化锆可以提高釉的高温粘度和扩大高温粘度变化的温度范围，有较好的热稳定性，其含量为2%~3%时，能提高釉料的抗龟裂性能，还因氧化锆的化学惰性大，能提高釉料的化学稳定性和抗酸碱侵蚀的能力，有时也被用来制作乳浊釉。 制备铬酸盐原料 制备锆酸盐的原料，由二氧化锆和一些金属氧化物或金属碳酸盐反应生成，它们都是大分子结构，具有各种电性能，为高温、电子元器件等领域所应用。 四、氧化锆的发展前景 高性能结构陶瓷的开发研究已引起世界工业先进国家的高度重视，并成为研究、投资、生产十分活跃的领域，尤其是日本、美国等国家都投入可观的经费。我国历来对发展新型陶瓷材料高度重视，并取得了许多重大成果。近几年有一些公司已经能够生产高质量氧化锆超细粉体，且大部分产品出口。但应该看到的是我国在原料粉体的生产方面整体还处于较落后的水平。今后的发展应朝着超细、高纯方向发展，产品制造方面应朝着新功能、新应用领域方向发展，不断扩大氧化锆应用领域。

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