在各种工业化大生产过程中，许多工作环境及条件需要具有耐磨、耐腐蚀性能良好的材料。由于氧化物陶瓷具有较好的耐磨、耐腐蚀以及良好的机械性能，因此在诸多领域已越来越多的选用氧化物陶瓷材料生产制造耐磨部件。过去这些耐磨部件多采用传统的氧化铝陶瓷材料制作，该种陶瓷材料可以满足一般工作环境下对其耐磨性能的需求。但是近年来随着国外新型陶瓷材料技术的不断进步与发展，在某些领域用传统氧化铝陶瓷材料制作的耐磨陶瓷部件，其耐磨性和机械强度已不能满足工作要求。必须采用强度更高、耐磨性更好的结构陶瓷材料。

图1 氧化锆增韧氧化铝陶瓷

氧化锆增韧氧化铝（ZirconiaToughened Aluminum,ZTA）陶瓷材料，主要是在氧化铝母相基质中引入一定量的相变材料氧化锆所形成的一种复相精细陶瓷材料。这种复相陶瓷材料既显现出氧化锆陶瓷高韧性和高强度的特性，又保留了氧化铝陶瓷高硬度的优点，而且随着这种综合力学性能的提高，其耐磨性也得到了较大的改善。

ZTA陶瓷材料的制备工艺

ZTA陶瓷的制备工艺主要包括ZrO2/Al2O3复合粉体的制备、坯体成型及烧结等工序。为了制备性能优异ZTA陶瓷，获得优质的ZrO2/Al2O3复合粉体是重要前提。ZTA复合粉体的制备工艺有混合法、溶胶-凝胶法、共沉淀法和沉淀包裹法等不同方法。其中的关键是，既要保证ZrO2的颗粒细度小且颗粒度分布范围窄；又要保证ZrO2的均匀分散，使Al2O3颗粒包裹ZrO2，以产生良好的增韧效果。

01

图2 溶胶-凝胶法制备ZTA粉体工艺流程

(c)共沉淀法

共沉淀法就是利用碱性溶液做沉淀剂，将一定质量的锆盐和铝盐溶解在水或者乙醇中作为反应液，将两种溶液混合制备出ZrO2/Al2O3的前驱体沉淀，然后经过过滤、洗涤、干燥及锻烧等步骤制备出ZrO2/Al2O3粉体。共沉淀法在沉淀剂溶液与盐溶液混合的时候存在两种不同的滴定方法，分别是将铝盐和锆盐的混合溶液滴定到沉淀剂中（共沉淀法）和将沉淀剂滴定到铝盐和锆盐的混合溶液中去（反共沉淀法），而这二者统称为共沉淀法。但是因为共沉淀法容易造成铝离子和锆离子的分别沉淀，从而使两种前驱体沉淀分散的不均匀，因此目前提到的共沉淀法多反共沉淀法为主。沉淀法的优点是易于精确控制Al2O3与ZrO2的含量及ZrO2/Al2O3纳米复合粉体的组成，而且材料来源广泛、成本低、工艺简单等特点。缺点是沉淀在形成的过程中有多个步骤形成团聚，例如滴定速率过慢，沉淀形成后容易形成团聚，抽滤、洗剂过程当中容易造成团聚，干燥、锻烧过程中也容易发生团聚。这就为最终ZrO2/Al2O3粉体的性能造成了多个变量和危害。

图5 ZTA陶瓷制作的陶瓷刀、耐磨瓷球、工程陶瓷及牙齿

ZTA陶瓷系统中，Al2O3是一种高强度的基体，填隙的四方ZrO2提供相变增韧机制。今后，借助于ZrO2的相变特性对陶瓷材料进行增韧设计仍是陶瓷材料增韧研究的主要课题之一。解决如何分散团聚体，使纳米第二相粒子在基体中均匀分布，制备性能优良的ZrO2/Al2O3复合粉体是ZTA复相陶瓷制备中的核心问题。氧化铝陶瓷的断裂韧性的提高将有可能解决限制陶瓷材料应用的可靠性及耐久性问题，必将会拓展陶瓷材料的应用范围