氧化锆导电陶瓷

1. 概述

ZrO2(CaO)与ZrO2(1/2O3)是氧化锆基固体电解质最常用的两种陶瓷材料。由于氧化锆很难烧结，因此需要加入适量的稳定剂。在稳定化的ZrO2中稳定剂的金属离子与Zr4+进行不等价置换，从而产生了氧空位。如以Ca2+为例，当Ca2+取代Zr4+之后，正电荷少了2个，于是在Ca2+周围必须失掉一个在正常位置上的O2-离子，才能保持晶格的电中性，这样便产生一个氧空位。同样，如用Y3+取代Zr4+，正电荷少了一个，则在两个钇离子周围存在一个氧空位。因此，在稳定化的ZrO2晶格内存在大量氧空位，使 ZrO2陶瓷成为导电陶瓷。

不同稳定剂的ZrO2陶瓷的电导率是不同的。

2.氧化锆导电陶瓷的制造工艺

氧化锆（ZrO2)导电陶瓷制造的关键是原料的纯度与粉料的制备，一般要求ZrO2的纯度应达99. 5%,属超细粉末（＜0.05μm）;稳定剂采用Y2O3或Al2O3,其纯度应为试剂级。

粉料制备时，由于稳定ZrO2的硬度大，一般应用钢球磨进行球磨。大约球磨80h后，小于1. 76μm的细粉约60%。如要细度＜1μm,则要延长球磨时间100~200h。球磨后粉料要用盐酸处理48h,酸洗后再用水清洗至中性，烘干备用。

如用注浆成型，注浆料可在塑料或瓷球磨瓶（筒）内配制成中性料。如取料：球：水：阿拉伯树胶之比为1:1.5:0.16:0.15,混磨8~10h,使之具有较好的悬浮性和流动性。

用干压成型，坏料中应加人适当的粘结剂（羧甲基纤维素等），以等静压成型为最佳。

成型后的坯体，在中性或氧化气氛的窑炉中，于1800~1840℃温度下烧成。

氧化锆陶瓷

3. 氧化锆导电陶瓷的性能与用途

加入稳定剂的ZrO2在高温时具有导电性，利用ZrO2在高温时的导电性，氧化锆导电陶瓷可用作高温电极和发热材料。

利用ZrO2在一定条件下具有传递氧离子的特性，可以制成固体氧浓差电池、氧传感器，进行氧浓度的测定等。

氧浓差电池可检测氧气浓度，制造燃料电池，制取氧气，水分解法制氢等。

炼钢用氧测定仪能精确测定钢液中的氧含量。测氧仪的主体为ZrO2固体电解质。

氧化锆氧传感器可用来测量汽车尾气废气中的氧含量，从而控制空燃比，达到节省燃料，减少废气对周围环境污染的目的。

此外，还可利用氧化锆导电陶瓷的导热、导电性，用它作为高温发热材料（在空气中最高发热温度可达2100~2200℃)以及高温电极材料（如磁流体发电装置中的电极）。同时还可利用氧化锆和铬酸镧各自的优点制成复合材料。