简介
编辑二氧化锆 (ZrO2)，有时被称为氧化锆（不要与锆石混淆），是一种白色结晶 锆的氧化物。 其最自然存在的形式具有单斜晶体结构，是矿物斜锆石。 掺杂剂稳定的立方结构氧化锆，立方氧化锆，以各种颜色合成，用作宝石和钻石仿品。
生产、化学性质、产状
编辑结构
已知三相：低于 1170 °C 的单斜晶相、介于 1170 °C 和 2370 °C 之间的四方晶相和高于 2370 °C 的立方晶相。 通常情况下，趋势是在更高的温度下具有更高的对称性。 一小部分钙或钇的氧化物稳定在立方相中。 非常稀有的矿物 tazheranite (Zr,Ti,Ca)O2 是立方体。 与 TiO2 在所有相中都具有六配位钛不同，单斜氧化锆由七配位锆中心组成。 这种差异归因于锆原子相对于钛原子的较大尺寸。
化学反应
氧化锆不具有化学反应性。 被浓氢氟酸和硫酸缓慢侵蚀。 当与碳一起加热时，它会转化为碳化锆。 当在氯存在下与碳一起加热时，它会转化为氯化锆 (IV)。 这种转化是锆金属提纯的基础，类似于克罗尔法。
工程属性
编辑二氧化钛是研究最多的陶瓷材料之一。 ZrO2在室温下采用单斜晶体结构，在较高温度下转变为四方和立方。 由四方晶系到单斜晶系再到立方晶系的结构转变引起的体积变化会产生很大的应力，导致它在高温冷却时开裂。 当氧化锆与一些其他氧化物混合时，四方相和/或立方相得到稳定。 有效的掺杂剂包括氧化镁 (MgO)、氧化钇 (Y2O3, yttria)、氧化钙 (CaO) 和 三氧化二铈 (Ce2O3)。
氧化锆通常在其“稳定”状态下更有用。 加热后，氧化锆会发生破坏性相变。 通过添加少量氧化钇，可以消除这些相变，并且所得材料具有优异的热、机械和电气性能。 在某些情况下，四方相可以是亚稳态的。 如果存在足够数量的亚稳态四方相，则施加的应力会因裂纹尖端处的应力集中而放大，从而导致四方相转变为单斜相，并伴有体积膨胀。 然后，这种相变可以将裂纹压缩，延缓其增长，并提高断裂韧性。 这种称为转变韧化的机制显着延长了用稳定氧化锆制成的产品的可靠性和使用寿命。
ZrO2 带隙取决于相（立方、四方、单斜或无定形）和制备方法，典型估计值为 5-7 eV。
氧化锆的一个特例是四方氧化锆多晶或 TZP，它表明多晶氧化锆仅由亚稳态四方相组成。
使用
编辑氧化锆的主要用途是生产硬质陶瓷，例如牙科，其他用途包括作为二氧化钛颜料颗粒的保护涂层、耐火材料、绝缘材料、磨料和搪瓷。
稳定的氧化锆用于氧传感器和燃料电池膜，因为它能够让氧离子在高温下自由移动穿过晶体结构。 这种高离子电导率（和低电子电导率）使其成为最有用的电陶瓷之一。 二氧化铅也用作电致变色器件中的固体电解质。
氧化锆是电陶瓷锆钛酸铅 (PZT) 的前体，它是一种高 κ 电介质，存在于无数组件中。
利基用途
立方相氧化锆的导热性非常低，这也导致它在喷气发动机和柴油发动机中用作热障涂层或 TBC，以允许在更高的温度下运行。 从热力学上讲，发动机的工作温度越高，可能的效率就越高。 另一种低导热性用途是用作晶体生长炉、燃料电池组和红外加热系统的陶瓷纤维绝缘材料。
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