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01-義齒材料

納米ZrO2可明顯提高陶瓷的室溫強度和應(yīng)力強度因子，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性能、化學穩(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，尤其在齒科材料和人工關(guān)節(jié)等方面。

生物材料是指具有天然器官組織功能或部分功能的材料，是生物醫(yī)學科學的最新分支學科，具有廣泛的應(yīng)用前景。其中，生物陶瓷由于具有優(yōu)良的生物相容性和穩(wěn)定性、美觀性等優(yōu)點受到人們青睞，在臨床上已被廣泛應(yīng)用于口腔修復(fù)領(lǐng)域。

氧化鋯增韌陶瓷作為一種新型精細陶瓷，具有良好的機械性能(斷裂韌性、強度、硬度等)、生物相容性和穩(wěn)定性、美觀性、熱導(dǎo)性和成形性，能很好解決常規(guī)全瓷冠材料強度和韌性不足的問題。其次，其作為一種優(yōu)良的生物惰性陶瓷，無論是作為口腔修復(fù)體還是植入體均表現(xiàn)出優(yōu)異的化學穩(wěn)定性能，完全滿足作為口腔修復(fù)材料的標準。

與其他傳統(tǒng)修復(fù)材料相比，氧化鋯修復(fù)體具有如下優(yōu)勢：

具有能與金屬相媲美的機械性能，可完全承受后牙的咀嚼力；

納米級氧化鋯顆粒更細，更光滑，不易附著菌斑，改善了美觀程度，材質(zhì)、顏色與周圍自然牙齒組織接近；

全瓷冠內(nèi)無金屬支撐物，一方面能提高患者對外觀的滿意度，另一方面對X光射線無阻射作用，臨床不必擔心與磁場有關(guān)的檢查；

組織相容性良好，置入后不會受到唾液、齦溝液的腐蝕，對口腔內(nèi)軟組織無毒性作用，在全瓷冠修復(fù)材料(單冠、固定義齒)、種植材料、樁核材料等方面取得了長足發(fā)展，成為口腔醫(yī)學領(lǐng)域的研究熱點。

氧化鋯是理想的全瓷牙材料，但是我國在全球種植牙市場中只占據(jù)了約1%的市場。這并非是我國需求市場小，而是因為氧化鋯全瓷牙的高價格（約3000/顆）造成了較低的市場滲透率。受益于我國經(jīng)濟發(fā)展，人民對全瓷牙接受程度及對口腔義齒重視程度的提高，以及我國加速老齡化的現(xiàn)狀，氧化鋯全瓷牙在義齒行業(yè)的市場滲透率有望進一步提高。江蘇福瑞思粉體科技有限公司總經(jīng)理郝小勇先生曾在2017年中國鋯鉿年會上提到，他近期曾經(jīng)親自對河南省氧化鋯全瓷牙齒的市場需求進行過實地調(diào)研，結(jié)論是僅僅一個河南省，一年氧化鋯牙齒需求量市場就有一個億。預(yù)測2020年我國氧化鋯義齒市場將超過20億元。

02－人工關(guān)節(jié)

ZrO2陶瓷于20世紀80年代中期開始應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)，由于氧化鋯存在三種晶形，并且在晶形轉(zhuǎn)化的時候會引起體積，使材料容易發(fā)生開裂，產(chǎn)生裂紋，影響其作為人工關(guān)節(jié)的使用壽命。因此和齒類材料一樣，純的氧化鋯也不能作為人工關(guān)節(jié)材料使用。為了提高氧化鋯的穩(wěn)定性，通過熱處理和添加一些摻雜穩(wěn)定劑，如Y2O3、CeO2、MgO等，來穩(wěn)定其晶體結(jié)構(gòu)，使其在常溫下能保持四方相，增強其機械強度。1988年，摻雜Y2O3的四方晶相氧化鋯(Y-TZP)首次進行人工關(guān)節(jié)臨床應(yīng)用，但Y-TZP在150～400℃潮濕環(huán)境中時，會導(dǎo)致t-ZrO2失穩(wěn)，進而導(dǎo)致四方相向單斜相轉(zhuǎn)變，最終會導(dǎo)致其力學性能惡化，而人工關(guān)節(jié)假體在人體內(nèi)處于被體液所包裹的壞境中，這種惡化會導(dǎo)致Y-TZP人工關(guān)節(jié)失敗的可能性增大。由于存在這種失敗的可能性，其無法100%保證臨床應(yīng)用的可靠性和穩(wěn)定性。目前，Y-TZP人工關(guān)節(jié)已經(jīng)停止使用。

最初的陶瓷人工關(guān)節(jié)并不完善，陶瓷人工關(guān)節(jié)到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了四代工藝改進，逐漸趨于完善。第四代人工陶瓷關(guān)節(jié)復(fù)合了氧化鋯等數(shù)種氧化晶體材料，其性能已較大幅度地優(yōu)越于第三代陶瓷關(guān)節(jié)，具有良好的韌性和強度。復(fù)合氧化鋯陶瓷材料后，晶體顆粒會更小。更重要的是，氧化鋯可以分散和吸收斷裂的能量，抑制裂紋擴展。是目前應(yīng)用于臨床髖關(guān)節(jié)置換的最好的假體材料。尤其是對于運動量較大的中青年患者，耐磨性最佳的陶瓷材料是最為理想的。

03－氧傳感器

采用氧化鋯制成的傳感器有良好的導(dǎo)電性，在控制汽車尾氣、電廠鍋爐的燃燒上起到重要作用。汽車工業(yè)中在使用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放污染的發(fā)動機上，氧傳感器是必不可少的，氧化鋯式氧傳感器是基于氧化鋯固體電解質(zhì)的材料特性來檢測尾氣中氧濃度的，按檢測空燃比數(shù)值的范圍不同分為：窄型氧傳感器和寬型氧傳感器。窄型氧傳感器即“傳統(tǒng)氧傳感器”，只能檢測空燃比是大于或小于14.7；寬型氧傳感器即新式氧傳感器，簡稱“空燃比傳感器”，能檢測的空燃比范圍為23:1~11:1，且檢測精度高，不僅能使發(fā)動機實現(xiàn)稀混合氣或濃混合氣控制，而且噴油量的控制更加精確。氧化鋯式氧傳感器是目前最成熟，產(chǎn)量最大的一種氧傳感器。是汽車排放控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一，其信號輸出特性直接影響發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性和排放控制。

04－ 汽車尾氣凈化催化劑助劑

汽車尾氣凈化催化劑一般由三個部分組成：載體（董青石、氧化鋁）、助催化劑（納米涂層增大比表面積、同時作為儲氫材料）、催化劑（一般汽油車位鉑鈀銠等，柴油車為釩鎢鈦等）。其中鋯鈰固溶體復(fù)合氧化物材料作為助催化劑使用，是十分重要的涂層材料。其具備四個方面的特點：

1、鈰、鋯兩種金屬可在較寬范圍內(nèi)有效復(fù)合；

2、高溫穩(wěn)定性好；

3、高氧化還原能力（Ce4+/Ce3+）;

4、高儲氧放氧能力。

這些特征是三效催化劑使用鋯鈰固溶體后具有很高的低溫催化轉(zhuǎn)化能力。國內(nèi)生產(chǎn)汽車尾氣催化劑材料鋯鈰固溶體的企業(yè)有威孚高科、貴研鉑業(yè)，博晶科技等。另外，鋯鈰固溶體在傳感器材料、拋光材料、燃料電池、結(jié)構(gòu)材料高強度陶瓷等領(lǐng)域亦有廣泛的應(yīng)用。

05－化工合成芳烴催化劑

長久以來，氧化鋯一直用于異構(gòu)合成研究。異構(gòu)合成是將合成氣高選擇性地轉(zhuǎn)化為異丁烯和異丁烷( i-C4)的過程，主要以氧化鋯、氧化釷、氧化鈰等金屬氧化物為活性組分自Pichler等第一次研究了異構(gòu)合成之后，氧化鋯以其較高的i-C4選擇性、無放射性成為了異構(gòu)合成催化研究的核心。這種高選擇性地生成i-C4的現(xiàn)象一直被歸因于氧化鋯表面兼 具酸、堿性和氧化、還原性。氧化鋯有三種晶相:單斜相、四方相和立方相，其晶相隨制備方法的改變而不同，不同晶相的氧化鋯表面性質(zhì)完全不同，從而影響催化活性及異構(gòu)合成的產(chǎn)物分布。楊成等通過采用共沉淀法和水熱法制備了三種不同粒徑、不同結(jié)構(gòu)的納米氧化鋯催化劑，研究了其合成氣催化轉(zhuǎn)化性能。合成氣( CO+H2)能在氧化鋯表面直接催化轉(zhuǎn)化生成芳烴，而芳烴的選擇性及收率受制于表面酸性質(zhì)。單斜相氧化鋯比四方相更有利于CO轉(zhuǎn)化，其中，比表面積較大、酸量較大的小粒徑氧化鋯表現(xiàn)出最高的CO轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)物收率;而大晶粒單斜相氧化鋯表現(xiàn)出最高的芳烴選擇性，這與其較高的酸性位密度相對應(yīng)。該應(yīng)用還未規(guī)模性在工業(yè)中應(yīng)用，但是如果單一的氧化鋯催化劑能夠?qū)⒑铣蓺庖徊酱呋D(zhuǎn)化為芳烴或高辛烷值產(chǎn)物，就可以規(guī)避由金屬、分子篩摻雜催化體系中活性中心不匹配的問題，對未來能源的發(fā)展具有極深遠的意義。

06－光纖連接器陶瓷插芯

納米氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（Nano-YSZ）粉體，因其優(yōu)異的力學性能、化學穩(wěn)定性和極高的精密度等，可以用來制備光纖連接器的稀土結(jié)構(gòu)陶瓷光纖插芯（精密針）和套筒，是光纖網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用面最廣并且需求量最大的光纖無源器，是信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分。

主要的光纖陶瓷插芯生產(chǎn)企業(yè)有中國的三環(huán)集團、深圳太辰、威誼光通和寧波韻升等企業(yè)，日本的Adamant、京瓷、大平洋、精工，韓國大源，臺灣富士康集團等。中國的陶瓷插芯產(chǎn)量（含在華外資企業(yè)的產(chǎn)量）接近全球總產(chǎn)量的93%。

07－移動終端產(chǎn)品

隨著5G、無線充電等新型傳輸方式的臨近，無線頻段越來越復(fù)雜，金屬機殼屏蔽將成為重大瓶頸。布局嚴格要求的5G天線，需要變換現(xiàn)有的金屬機殼材質(zhì)，陶瓷和玻璃都將成為可選方案。同時對于無線充電技術(shù)來講，金屬材料也是非常不友好的。因為目前大多數(shù)無線充電技術(shù)均采用電磁波原料，而金屬對于電磁波會造成干擾，使得充電效率大大降低?？商娲牧嫌兴芰?、玻璃和陶瓷。塑料易有刮痕，玻璃易碎，陶瓷材料憑借其優(yōu)異的物理特性正逐步滲透到智能手機的外觀件領(lǐng)域。

2014年金立手機首次推出以氧化鋯陶瓷作為背板材料的智能手機-天鑒W808，此后華為、小米等手機廠商相繼推出了該類型手機，逐漸使得氧化鋯陶瓷手機背殼被大眾知曉。小米MIX配備的全陶瓷機身，選擇僅次于藍寶石硬度的微晶鋯陶瓷作為坯料，經(jīng)7天1500°C高溫煅燒，莫氏硬度高達8.5，鑰匙、刀具等都不會造成任何磨損。

該行業(yè)目前還處于孕育期，大部分生產(chǎn)廠家還在投資布局階段。根據(jù)IDC公布的數(shù)據(jù)預(yù)測2017年手機出貨量將達到15.3億部，未來5年將以3.8%的增速增長。如果氧化鋯陶瓷作為機身后蓋發(fā)展樂觀，華為、小米、iphone等幾大手機商大規(guī)模采用氧化鋯陶瓷后板，至2020年氧化鋯粉末在陶瓷手機背殼領(lǐng)域中的市場規(guī)模將達到300億元左右。而且在市場需求方面，陶瓷部件中外廠商站在同一起跑線上，氧化鋯外觀件和指紋識別貼片領(lǐng)域?qū)⑹菄鴥?nèi)廠商的天下。

目前，ViVO、魅族、MOTO、一加等廠商已經(jīng)開始儲備陶瓷后蓋手機，iPhone也在積極試樣氧化鋯陶瓷方案?，F(xiàn)在氧化鋯還未大規(guī)模放量，原因是成本高、產(chǎn)能不足，且生產(chǎn)工藝相對玻璃還是較復(fù)雜，因此目前還只適用于中高端手機。但近幾年通過三環(huán)集團、長盈精密、順絡(luò)電子、國瓷材料、伯恩、藍思科技等廠商的持續(xù)擴產(chǎn)推進,成本、良率、產(chǎn)能問題均得到一定程度的解決,預(yù)計手機陶瓷后蓋產(chǎn)業(yè)啟動在即,百億市場值得期待。

在指紋解鎖應(yīng)用時，氧化鋯介電常數(shù)是藍寶石3倍，信號更靈敏，相較于 iPhone Touch ID 采用的 0.3mm 藍寶石蓋板，同等厚度識別度更高；或者同等識別度時可薄可厚，做厚時強度、抗摔性將顯著提高。預(yù)計未來5-10年，指紋識別將成為智能手機的標配。

除此之外，氧化鋯陶瓷由于其耐磨，親膚以及獨特的美感，非常適合應(yīng)用于智能穿戴設(shè)備，如智能手表、手環(huán)等。國內(nèi)小米手環(huán)制造商華米科技在2015年推出了氧化鋯陶瓷材質(zhì)的智能手環(huán)Amazifit。預(yù)計今后將有更多的氧化鋯陶瓷制智能穿戴設(shè)備推出。

08－坩堝

在冶煉稀有、難熔貴金屬及合金時，由于需要加熱到較高溫度，一般材料難以滿足要求，采用氧化鋯制成的坩堝可加熱到2430℃，氧化鋯成為高溫條件下使用坩堝的首選材料。

09－特種刀具

陶瓷刀具在20世紀初期即有使用，但因其脆性局限其使用范圍。近年來，隨著納米復(fù)合氧化鋯復(fù)合材料的進步，其韌性大幅改善。陶瓷刀從原有的航空航天等高科技領(lǐng)域開始擴大到工業(yè)陶瓷刀具，現(xiàn)在，已廣泛應(yīng)用于日常生活領(lǐng)域中。氧化鋯可加工成各種刀具，氧化鋯陶瓷刀片是利用屬于非金屬材料的特種陶瓷原料加工而成,由于控制了原料純度和顆粒尺寸細化,并添加了各種碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等改善其性能,同時通過顆粒、晶須、相變、微裂紋和幾種增韌機理的協(xié)同作用提高其斷裂韌性,使氧化鋯陶瓷具有優(yōu)異的性能，在具有傳統(tǒng)金屬刀具優(yōu)點同時，還具有不生銹、健康、耐磨等優(yōu)點，被譽為陶瓷鋼。

目前家用氧化鋯陶瓷刀有很多品牌，包括德國雙立人、日本京瓷，美迪亞MIDDIA、金澳、蘇泊爾等。

10－燃料電池

固體氧化物燃料電池用鋯基電解質(zhì)是SOFC中應(yīng)用最為廣泛，研究最多的電解質(zhì)材料。立方穩(wěn)定ZrO2基電解質(zhì)材料擁有極大的離子電導(dǎo)率，在高溫下、氧化和還原氣氛中保持良好的化學穩(wěn)定性，并且在很大的氧分壓范圍內(nèi)具有純的氧離子導(dǎo)電特性，同時具有很好的機械加工強度，可制作成致密膜電解質(zhì)，因此其滿足了固體氧化物燃料電池的幾乎所有要求，成為制備SOFC電解質(zhì)材料的首選，是固體氧化物燃料電池的核心部件。其電解質(zhì)材料為釔穩(wěn)定納米氧化鋯（YSZ），正極為YSZ表面鍍Ni等金屬，適用于中大型燃料發(fā)電項目。

但固體氧化物燃料電池中的ZrO2基固體電解質(zhì)運行溫度太高(1000℃)，存在材料會緩慢分解、相際擴散及金屬連接材料腐蝕等缺點。因此，將其工作溫度降低至中溫范圍(600~800℃)成為SOFC發(fā)展的方向。但YSZ電解質(zhì)在600℃電導(dǎo)率僅為0.001S/cm，電解質(zhì)電導(dǎo)率只有在0.05S/cm以上，才能實現(xiàn)SOFC的高功率密度，因此目前的YSZ電導(dǎo)率無法滿足高功率密度燃料電池的要求。為了提高ZrO2基固體電解質(zhì)材料電導(dǎo)率，科學工作者在ZrO2的摻雜改性方面進行大量研究，并取得了顯著成果。Sc2O3穩(wěn)定的ZrO2（ScSZ）在氧化鋯類固體電解質(zhì)中顯示了最高的電導(dǎo)率，并且其高溫化學活性和熱膨脹系數(shù)與YSZ相同，便于選用配套的電極材料，是YSZ的重要替代材料。

隨著SOFC工藝發(fā)展的日趨成熟，部分歐美廠家突破了ScSZ的合成工藝，使ScSZ開始了SOFC電解質(zhì)膜的商用化進程。目前，美、日等國采用稀土鋯化合物作為電解質(zhì)材料突破了SOFC中溫操作技術(shù)，加工和運行成本得以大幅降低，其商品化前景日漸明朗。全球ScSZ粉體的產(chǎn)量遠遠滿足不了SOFC快速發(fā)展需求，供求短缺的矛盾日益凸顯。

11－特種機械零部件

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。實驗證明，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)力對陶瓷進行增韌。當ZrO2顆粒在納米級時轉(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度和應(yīng)力強度因子，從而使陶瓷韌性成倍提高。特種超韌型納米復(fù)合氧化鋯在軸承、軸套、閥球、殼體等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

12－耐火材料

由于氧化鋯的熔點高、導(dǎo)熱系數(shù)低、化學性能穩(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)勢更加顯著，耐高溫（使用溫度可達2200℃）、強度高、絕熱性能好、化學穩(wěn)定性優(yōu)，主要用于操作溫度在2000℃以上的環(huán)境中。