氧化锆 ZrO2（二氧化锆）

CAS：1314‑23‑4，锆系核心氧化物，高熔点、高硬度、高化学稳定性，多晶型相变，工业几乎都使用氧化钇稳定氧化锆 YSZ。

基础理化参数

• 分子式：ZrO2，分子量：123.22

• 外观：白色粉末；高纯雪白，工业级略带米白

• 密度：5.89 g/cm³；熔点：2715 ℃，沸点约 4300 ℃

• 溶解性：不溶于水、大多数酸；仅溶于热浓硫酸、氢氟酸；耐碱腐蚀优异

• 晶型相变（关键特性）

1. 单斜相 (m‑ZrO₂)：室温稳定；1170℃转变四方相 (t‑ZrO₂)；冷却会变回单斜，伴随3‑5% 体积膨胀，纯氧化锆烧结冷却极易开裂。

2. 四方相 (t‑ZrO₂)：中温，增韧来源。

3. 立方相 (c‑ZrO₂)：高温相。

纯氧化锆不能直接做结构陶瓷；必须掺杂氧化钇 (Y₂O₃)、氧化钙、氧化镁做稳定剂，抑制相变，得到稳定氧化锆。

• 主流牌号：

• 3Y‑TZP（3mol% Y₂O₃稳定）：四方氧化锆，高韧性、高强度

• 5YSZ：四方 + 立方混合

• 8YSZ（8mol%Y₂O₃）：全立方，氧离子导电，电解质材料

• 常见纯度：99%、99.5%、99.9%；粒度：微米、亚微米、纳米粉体。

制备工艺

1. 工业主流：锆英石碱熔→水解→除杂→氢氧化锆沉淀→800‑1100℃煅烧得到单斜氧化锆。

2. 稳定氧化锆：氧化锆粉体与氧化钇粉体湿法共磨混合，喷雾干燥，煅烧，得到 YSZ 粉体；也可共沉淀法制备。

3. 纳米氧化锆：水热 / 溶胶‑凝胶工艺。

主要工业应用

1. 结构陶瓷（最大用途）

• 3Y‑TZP：陶瓷刀具、耐磨轴承、陶瓷阀门、喷嘴、手机陶瓷背板、义齿牙冠；相变增韧，韧性远高于氧化铝陶瓷。

• 研磨介质：氧化锆珠，涂料、油墨、锂电浆料砂磨球。

2. SOFC 固体氧化物燃料电池 & 氧传感器

8YSZ：立方相氧化锆，氧离子导体；

• SOFC 电解质层；

• 汽车氧传感器、高温测氧探头。

3. 热喷涂 & 耐火材料

• YSZ 热喷涂粉末：燃气轮机、发动机热障涂层 TBC，耐高温隔热；航空发动机核心涂层材料。

• 高级耐火坩埚、耐火砖，抗熔融金属腐蚀。

4. 电子材料

• MLCC 多层陶瓷电容器、压电陶瓷掺杂改性；

• 氧化锆靶材，薄膜涂层。

5. 其他

• 人造宝石原料（立方氧化锆，仿钻石）；

• 抛光粉，与氧化铈复配抛光；

• 上游原料制备：硫酸锆、氧氯化锆、碳酸锆。

储存与运输

1. 化学稳定性很高，几乎不吸潮；密封干燥存放即可，不用严格隔绝 CO₂。

2. 避免氢氟酸、热浓硫酸接触。

3. 普通无机粉体，运输防雨。

MSDS 安全要点

• 粉尘刺激呼吸道、眼睛；操作佩戴防尘防护；

• 不燃、无爆炸风险。

和前面三种稀土氧化物快速区分

1. 氧化镧La2O3：极易吸潮碳化，光学玻璃

2. 氧化铈CeO2：价态可变，抛光、催化储氧

3. 氧化钇Y2O3：稳定剂，YAG 晶体、荧光粉

4. 氧化锆ZrO2：基体陶瓷材料，靠氧化钇稳定，耐磨、热障涂层、SOFC 电解质