氧化鋯(ZrO₂)是鋯的主要氧化物，通常狀況下為白色無(wú)臭無(wú)味晶體，難溶于水、鹽酸和稀硫酸。

氧化鋯是一種非常重要的功能和結(jié)構(gòu)材料，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，因此，它的制備及應(yīng)用，得到材料屆的廣泛關(guān)注，制備分散性良好的納米氧化鋯粉體成為各研究單位的重要研究方向。本文重點(diǎn)介紹納米氧化鋯粉體的各種制備工藝及應(yīng)用。

機(jī)械粉碎法是指通過(guò)機(jī)械力的作用將大顆粒氧化鋯粉體細(xì)化，如球磨等。該方法技術(shù)簡(jiǎn)單，但制備得到的粉體粒度不夠均勻，形狀難以控制，且粉碎過(guò)程中易被粉碎器械污染，設(shè)備要求高，投資大，因此很難達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。

將普通氧化鋯粉體制備成濕物料或溶液，在較低的溫度下凍結(jié)成固態(tài)，然后在真空下使其中的水分不經(jīng)液態(tài)直接升華為氣態(tài)，再次冷凝后得到的氧化鋯顆粒粒度小且疏松。但是費(fèi)用較高，不能廣泛采用。

共沉淀法，就是在溶解有不同陽(yáng)離子的電解質(zhì)溶液中添加合適的沉淀劑，反應(yīng)生成組成均勻的沉淀，然后將沉淀干燥后熱分解得到高純納米粉體材料的方法。制備納米氧化鋯的原料可為ZrOCl₂·8H₂O、NH₄OH和高分子分散劑。其制備工藝流程如下：

水熱法（熱液法）是指在密閉的反應(yīng)容器中以水為介質(zhì)，在高溫(100℃～380℃)、高壓(3MPa～15MPa)條件下制備材料的一種方法。它的原理是以水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，在一定條件下使先驅(qū)體溶解反應(yīng)，再次成核生長(zhǎng)，最終形成具有一定結(jié)晶形態(tài)的晶粒。水熱法制備納米ZrO₂粉體最常用的先驅(qū)體是ZrOCl₂，ZrOCl₂與一定量的水加入反應(yīng)釜中，在一定溫度和壓力條件下(100℃～350℃,3MPa～15MPa)制得納米ZrO₂粉體。主要反應(yīng)如下：

水熱法（熱液法）的工藝簡(jiǎn)單，得到的沉淀純度高，晶形好，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度時(shí)間和酸堿度能夠?qū)崿F(xiàn)粒徑可控，沉淀分散性也較好，成本低，有很強(qiáng)的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

溶膠-凝膠法的基本原理是使用金屬鹽或烷氧金屬等先驅(qū)體和有機(jī)聚合物的混合溶液，在聚合物能夠存在的條件下，混合溶液中前驅(qū)物進(jìn)行水解和縮合，在控制相應(yīng)條件的情況下，凝膠的形成與干燥環(huán)節(jié)聚合物不會(huì)發(fā)生相分離，便可獲得納米粒子。一種改進(jìn)的溶膠-凝膠法制備納米ZrO₂粉體是用ZrOCl₂為先驅(qū)體，反應(yīng)中生成的氯離子用環(huán)氧乙烷除去，可得ZrO(OH)₂溶膠-凝膠。主要反應(yīng)如下：

溶膠-凝膠法制備的納米粉體粒度小，分布窄，純度高。但是處理過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)健康有害且形成膠粒及凝膠過(guò)濾、洗滌過(guò)程不易控制。

高溫噴霧熱解法是以水、無(wú)水乙醇或其他溶劑將氯氧化鋯(ZrOCl₂·8H₂O)等原料配成一定濃度溶液，再通過(guò)噴霧裝置將反應(yīng)液霧化并導(dǎo)入反應(yīng)器內(nèi)，使溶液迅速揮發(fā)，反應(yīng)物發(fā)生熱分解，或者同時(shí)發(fā)生燃燒和其他化學(xué)反應(yīng)，生成氧化鋯納米粒子。高溫噴霧熱解法制備的氧化鋯納米粉體，粒子多為球狀，流動(dòng)性好，且形狀均勻，一步完成，產(chǎn)量較大，可連續(xù)生產(chǎn)，成本低廉，但工藝有待改進(jìn)，理論研究有待深化。

化學(xué)氣相法是在一定反應(yīng)條件(～300℃,?x h,100kPa)下，反應(yīng)先驅(qū)體蒸氣在氣態(tài)下分解得到ZrO₂，ZrO₂形成過(guò)程中具有很高的過(guò)飽和蒸氣壓，能夠自發(fā)凝聚成大量晶核，且不斷長(zhǎng)大形成顆粒，并隨氣流進(jìn)入低溫區(qū)冷卻，生反應(yīng)過(guò)程停止，能夠在收集室收集粉體?；瘜W(xué)氣相法的優(yōu)點(diǎn)是粉體粒度特別小，易于控制，缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

ZrO₂納米粉體是制備特種陶瓷的重要原料，它可以用于制備多種結(jié)構(gòu)及功能陶瓷等。

陶瓷材料的脆性限制了其應(yīng)用發(fā)展，納米陶瓷是解決陶瓷脆性一種非常重要的途徑。實(shí)驗(yàn)證明，可以利用ZrO₂四方相相變?yōu)閱涡毕喈a(chǎn)生顯微裂痕和殘余應(yīng)力對(duì)陶瓷進(jìn)行增韌。當(dāng)ZrO₂顆粒在納米級(jí)時(shí)轉(zhuǎn)變溫度可降到室溫以下。因此納米ZrO₂能夠明顯提高陶瓷的室溫強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度因子，從而使陶瓷韌性成倍提高。

前面已經(jīng)提到納米ZrO₂可明顯提高陶瓷的室溫強(qiáng)度和應(yīng)力強(qiáng)度因子，從而使陶瓷韌性成倍提高。利用納米ZrO₂制備的復(fù)合生物陶瓷材料具有較好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性，是一種很有應(yīng)用前景的復(fù)合型生物陶瓷材料。

由于氧化鋯的熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)性能穩(wěn)定，所以常用做耐火材料。用納米氧化鋯制備的耐火材料優(yōu)勢(shì)更加顯著，耐高溫（使用溫度可達(dá)2200℃）、強(qiáng)度高、絕熱性能好、化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)，主要用于操作溫度在2000℃以上的環(huán)境中。

將納米ZrO₂粉體加入到聚醚醚酮(PEEK)并混勻，然后用模壓法制備的材料具有比PEEK更小的摩擦系數(shù)。且隨納米ZrO₂粒子尺寸降低，復(fù)合材料耐磨能力提高。將含納米ZrO₂的復(fù)合物涂覆到聚碳酸酯板上做涂層，耐磨能力也顯著提高等。