氧化鋯材料特性
精密陶瓷, 先進陶瓷, ZrO₂
氧化鋯在精密陶瓷產品中，常溫使用狀態下具有很好的機械強度。熱膨脹率和金屬相近，與金屬材質組合使用尤為適合。具有導熱率低的性能，韌性高，是一種克服陶瓷太脆易碎缺點的產品。
氧化鋯是由 Hussak 於 1892 年發現。
以天然礦石鋯英砂或斜鋯石存在。
純氧化鋯以單斜晶、正方晶及立方晶結構存在。
氧化鋯是可以提供高強度、高韌性、高硬度，以及優異的化學腐蝕性與耐磨性。
全世界80%鋯英砂產地集中在澳洲、南非以及美國三個國家。由鋯英砂提煉氧化鋯之方法有氯化法與熱解法。應用在耐火材料、脫蠟鑄造及高品質粉體之原料。
斜鋯石主要產地則在南非、巴西及蘇聯，其主 要應用在磨料市場及陶瓷染料。
氧化鋯在室溫為單斜晶相，溫度上升到1170°C時會轉變成正方晶相，再上升至2370°C時則轉換成立方晶相，而立方晶相則在2680°C溶解成液相，正方晶轉換成單斜晶是一種麻田散型的轉換，這種相轉換會產生3－5%體積變化造成微裂縫。後來發展出添加氧化鎂、氧化鈣等相安定劑，使氧化鋯在室溫時亦能維持著高溫穩定相之立方晶相，稱為安定化氧化鋯；若添加氧化釔相安定劑而保有部分的正方晶相者，稱為部分安定化氧化鋯。
氧化鋯導熱陶瓷ZrO₂為純白色，含雜質時呈黃色或灰色，一般含有HfO₂，不易分離。氧化鋯陶瓷的生產要求製備高純、分散性能好、粒子超細、粒度分佈窄的粉體，氧化鋯超細粉末的製備方法很多，氧化鋯的提純主要有氯化和熱分解法、鹼金屬氧化分解法、石灰熔融法、等離子弧法、沉澱法、膠體法、水解法、噴霧熱解法等。
氧化鋯應用領域
| 產品項目 | 要求特性 | 使用材料 |
|---|---|---|
| 生鮮料理刀、紡織器刀具、剪刀、切削刀具 | 韌性、強度、硬度 | ZrO₂-Y₂O₃ |
| 模具、軸承、線導、磨球及其他需耐磨耗之零件 | 韌性、硬度 | ZrO₂-Y₂O₃ |
| 燒結墊片、光織連接器 | 熱穩定、絕緣、韌性 | ZrO₂-Y₂O₃ (TZP) ZrO₂-CaO ZrO₂-MgO |
氧化鋯陶瓷的優點有如下：
1. 高硬度，高韌性，高抗彎強度，氧化鋯陶瓷密度5.95－6.05g/cm³之間，達陣科技生產的陶瓷產品（氧化鋁Al₂O₃，碳化矽SiC，氧化鋯ZrO₂）這三種之間，氧化鋯的韌性最高，8MPa•m1/2以上。
2. 高耐磨性，摩擦係數低，耐磨性是氧化鋁陶瓷的15倍，磨擦係數僅為氧化鋁陶瓷的1/2，經研磨加工後，表面光潔度更高，可達▽9以上，呈鏡面狀，極光滑，摩擦係數更小。
3. 絕緣性好，耐腐蝕性強，無靜電，耐高溫，隔熱性能優異，熱膨脹係數接近於鋼。
4. 氧化鋯陶瓷具有自潤滑性，可以解決潤滑介質造成的污染和添加不便。
氧化鋯陶瓷產品加工形式：
1. 開模具加工：乾式成型機、CIM射出成形、CIP等均壓加工、板材切割加工。
2. 外型加工產品：根據客戶圖面要求，採用平面研磨、外徑／內徑研磨、NC程式加工研磨、拋光研磨來作業。
氧化鋯陶瓷與鋼材料物性主要性能參數比較
| 材料/Material | 陶瓷/Ceramic | 鋼/Steel |
|---|---|---|
| 硬度Hardness (HV) | 1350 | 800 |
| 熱膨脹係數Thermal Expansion Coefficient (10-6/°C) | 9.5 | 11.5 ± 1 |
| 燒成溫度 | 1550 - 2600 | 1200 - 1400 |
| 耐溫 (°C) | 1800 | 1000 |
| 密度Specific Gravity (g/cm³) | 6.0 | 7.8 |
| 抗彎強度Flexural Strength (MPa) | 800 - 1000 | 2000 |
| 彈性模量Young's Modulus (104Kgf/mm²) | 2.1 | 2.1 |
| 柏松比Poisson's Ratio | 0.3 | 0.3 |
| 成份含量 (%) | ZrO₂ ≧ 94.5 | |
| 顏色 | Ivory, Black, Yellow | |
| 穿擊電壓強度 (kv/mm) | 15 | |
| 吸水率 (%) | < 0.01 | |
| 抗壓力 Mpa | 5000 | |
| 硬度 Hra | 88 | |
| 體積電阻 (cm) | > 1012 | |
| 粗造度(µm) | ≦ 0.8 | |
| 鏡面拋光 (Ra) | ≦ 0.05 | |
| 熱導率Thermal Conductivity (cal/cm.sec°C) | 0.007 | 0.13 |
陶瓷－特性比較表
| 名稱/特性 | AL₂O₃氧化鋁 | ZrO₂氧化鋯 | Si₃N₄氮化矽 | AIN氮化鋁 | SiC碳化矽 | BN氮化硼 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 外觀 | 偏白色或乳白色或象牙色 | 象牙色 | 灰黑色 | 棕色 | 黑色 | 白色 |
| 介電系數 | > 1014 | > 1010 | > 1014 | > 1013 | > 106 | > 1014 |
| 熱導率 | 20 ~ 37 W/mk | 1.8 ~ 3 W/mk | 18 ~ 25 W/mk | 90 ~ 230 W/mk | 115 ~ 130 W/mk | 30 W/mk |
| 熱膨脹係數 | 4.5 ~ 8 (10-6/k) | 8 ~ 11.5 (10-6/k) | 3.2 (10-6/k) | 4.5 (10-6/k) | 4.8 ~ 5.2 (10-6/k) | 1.5 (10-6/k) |
| 彈性模量 | 380 (Gpa) | 210 (Gpa) | 300 ~ 320 (Gpa) | 320 (Gpa) | 400 ~ 420 (Gpa) | |
| 泊松比 | 0.27 | 0.3 | 0.26 | 0.25 | 0.19 | |
| 耐高溫程度 | 1500° ~ 1700° | 550° / 1700° | 800° ~ 1300° | 1700° | 1700° | 2200° |
| 耐酸鹼腐蝕性 | 強 | 強 | 強 | 強 | 強 | 一般 |
| 磁性 | 無 | 無 | 無 | 無 | 無 | 無 |
| 尺寸穩定性 | 隨溫度變化很小 | 隨溫度變化很小 | 隨溫度變化很小 | 隨溫度變化很小 | 隨溫度變化很小 | 隨溫度變化很小 |
| 運轉離心力 | 中 | 較大 | 小 |
氧化鋯HSY-3.0精密陶瓷的材料規格
來源：日本原廠提供圖片數據資料
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