2023年6月28日，东京大学研究生院工学研究科的一个小组宣布，他们开发了一种颠覆陶瓷概念的高强度氧化锆陶瓷，能表现出与金属相当的高韧性。除了高强度材料市场外，还有望用于需要高可靠性的广泛领域。

氧化锆陶瓷的研究目标与力学性能（与各种工程材料的比较）

研究背景

高强度氧化锆是一种精细陶瓷，被称为具有代表性的结构陶瓷，广泛应用于牙科材料、粉碎球、装饰材料、光纤连接件、工业设备材料等。其强度和韧性受到构成微观结构的晶相稳定性的强烈控制，强化机理则通过应力诱导的相变来理解。

高强度氧化锆具有很好的力学性能，但其韧性不如金属材料。由于强度和韧性通常彼此权衡，因此很难在不降低强度的情况下实现与金属相当的高韧性。因此，基于氧化锆的强化机理，科学家提出了克服脆性的微观结构假说。

研究进展

研究小组致力于制备氧化钇含量为1.5mol%的四方氧化锆（1.5Y），这被认为难以获得高强度氧化锆。将溶解在固体中的氧化锆粉水解合成钇，并考察其烧结行为，发现在1300~1400℃下可得到由细晶粒组成的高密度四方氧化锆。

在1400℃下烧结，晶粒会均匀形成且钇均匀存在于晶粒中，验证了通过控制假设的微观结构可以获得具有低氧化钇浓度的四方氧化锆。接下来，为了研究该微观结构的效果，科学家对1.5Y在1400℃烧结的力学性能进行了评价，与钇浓度为3mol%的常规高强度氧化锆相比，韧性提高了近4倍。

1400°C烧结1.5Y的显微组织分析

科学家进一步考察了微量氧化铝掺杂的效果，在1.5Y掺杂了1mol%氧化铝，并在1350℃下处理了热各向同性压力，最终弯曲强度提高到了1500 MPa且不会降低韧性。在对比该材料性能时，科学家发现这次开发的氧化锆是具有与金属相当的高韧性，远远超过3Y和其他陶瓷的韧性。

力学特性

结语

与传统的高强度氧化锆相比，这次东京大学开发的氧化锆材料不仅具有韧性，而且具有优异的抗劣化性，因此有望加速高强度材料的市场增长，并扩展到需要高可靠性的广泛领域。

粉体圈Coco编译