纳米氧化锆粉体的制备及改性技术研究综述

纳米氧化锆（ZrO₂）作为一种性能卓越的高性能陶瓷材料，凭借其高熔点、优异的化学稳定性、出色的耐磨性、良好的耐高温性以及卓越的力学性能，在众多领域展现出了广阔的应用前景，如义齿、人工关节、发动机部件和新能源材料等。为了更全面地了解这一材料，本文将系统综述纳米氧化锆粉体的主要制备方法、在制备和应用过程中面临的团聚问题及其对应的表面改性技术，深入分析当前纳米氧化锆粉体产业化发展的现状，并对未来的研究方向提出合理的展望。

一、纳米氧化锆的性能与应用

纳米氧化锆在保留传统氧化锆耐腐蚀、高强度和热稳定性等优良特性的基础上，由于晶粒细化、晶界数量增加这一独特的微观结构特点，其材料的韧性、强度和可加工性得到了显著提升。这一性能的突破，使其在多个领域的应用中脱颖而出。

在齿科修复领域，纳米氧化锆带来了一场技术革新。借助相关技术，实现了牙冠的低温烧结与自动化生产，这不仅大幅降低了生产成本，成本降低幅度约为 60%，而且烧结后的牙冠还具备天然牙釉的质感，极大地满足了患者对牙齿修复美观性和实用性的双重需求。据相关统计数据显示，国内齿科用纳米氧化锆的年需求量已经超过 2000 吨，并且年复合增长率达到 10% 以上，足以见得该领域对纳米氧化锆的需求旺盛。

除了齿科修复领域，纳米氧化锆在结构陶瓷和功能材料中的应用也在持续扩展。在结构陶瓷方面，可用于制造高强度、高韧性的机械零部件，提高设备的运行稳定性和使用寿命；在功能材料领域，其独特的电学、光学等性能也为新型功能材料的研发提供了可能。

二、纳米氧化锆粉体的制备方法

当前，纳米氧化锆粉体的制备方法多种多样，其中主要包括固相法、液相法和气相法三大类。不同的制备方法各有特点，适用于不同的生产需求和应用场景。

连续法是一种蕞新的制备方法，其通过一种特殊的设备，控制纳米氧化锆的粉体粒径，使纳米氧化锆达到蕞佳的粒径，以适合义齿瓷块和髋关节等特殊行业的极高压实密度要求。主要应用在高端结构陶瓷中。主要代表是苏州傲川纳米科技所使用的方法。

固相法是一种传统的制备方法，其原理是通过固体原料之间的化学反应来制备纳米氧化锆粉体。然而，这种方法在制备过程中容易出现纯度低和组分不均等问题，这在一定程度上限制了其在对粉体质量要求较高领域的应用。

气相法是利用气体原料在高温、高压等特定条件下发生化学反应或物理变化，生成纳米氧化锆粉体。该方法制备的粉体具有纯度高、粒径小且分布均匀等优点，但通常需要复杂的设备和较高的生产成本，不利于大规模工业化生产。

液相法凭借其反应条件温和、操作简便、成本相对较低以及易于实现规模化生产等显著优势，成为目前工业应用中蕞广泛的纳米氧化锆粉体制备方法。通过液相法能够制备出粒径分布窄、分散性良好、组分均匀的纳米粉体，这些优良的粉体特性使其在后续的材料加工和应用中表现出更好的性能，有效弥补了固相法的不足。

三、纳米氧化锆粉体的团聚问题与改性技术

在纳米氧化锆粉体的制备、储存和应用过程中，由于粉体表面能高、活性强的特性，极易发生颗粒团聚现象。颗粒团聚不仅会影响粉体的加工性能，还会在陶瓷烧结过程中成为裂纹源，从而降低蕞终陶瓷材料的性能。因此，表面改性技术成为改善纳米氧化锆粉体分散性和应用性能的关键途径。

（一）表面物理改性

表面物理改性方法主要是通过范德华力或氢键等物理作用，使改性剂能够均匀地包覆于纳米氧化锆粉体表面。这种包覆作用可以有效降低粉体的表面张力，减少颗粒之间的相互吸引力，从而达到减少团聚的目的。

例如，Vivekanandhan 等人进行了相关研究，他们采用聚丙烯酸和乙二醇为前驱体，通过特定的工艺在纳米 ZrO₂表面成功包覆了一层超薄的 MoO₃层。经过这种表面物理改性处理后，纳米氧化锆粉体的耐腐蚀性与分散性得到了有效提升，为其在更多领域的应用创造了有利条件。

（二）表面化学改性

1. 偶联剂改性

在表面化学改性中，钛酸酯和硅烷偶联剂是常用的改性剂。钛酸酯偶联剂与纳米氧化锆粉体表面发生化学反应后，能够在粉体表面形成一层有机包覆层，这种包覆层不仅可以改善粉体的分散性，还能降低陶瓷的烧结温度，提高陶瓷材料的致密性，从而提升陶瓷材料的整体性能。

硅烷偶联剂则具有独特的化学结构，其一端能够与纳米氧化锆粉体表面的羟基发生反应，另一端则可以与有机基体发生相容性作用。通过硅烷偶联剂改性，在保持纳米氧化锆粉体纳米结构特性的同时，还能显著增加粉体的比表面积，提高粉体与有机基体的界面结合力，为制备高性能的有机 - 无机复合材料提供了有力支持。

2. 硬脂酸改性

硬脂酸作为一种常见的表面改性剂，在纳米氧化锆粉体改性中也发挥着重要作用。硬脂酸分子中的羧基能够与纳米氧化锆粉体表面的羟基发生酯化反应，形成稳定的化学键，从而将硬脂酸分子接枝到粉体表面。

经过硬脂酸改性后，纳米氧化锆粉体的表面性质发生改变，不仅改善了粉体与有机基体的相容性，使其能够更好地分散在有机基体中，而且硬脂酸分子还具有润滑作用，有助于提高复合体系的流动性，方便后续的加工成型工艺。

四、产业化现状与技术挑战

在国际市场上，美国、日本及西欧等发达国家和地区在纳米氧化锆粉体的工业化生产方面起步较早，技术已经相当成熟。这些国家和地区的生产企业能够生产出规格齐全、性能优良的纳米氧化锆粉体产品，并且在相关技术领域进行了完善的专利布局，在全球高端纳米氧化锆粉体市场中占据了主导地位。

在国内，随着对纳米材料研究的不断深入以及市场需求的日益增长，国内企业如东方锆业、国瓷材料、三环集团、苏州傲川等也在积极投入资源，不断提升高端纳米氧化锆粉体的产能，努力缩小与国际先进水平的差距。在中低端纳米氧化锆粉体市场，国内企业已经具备了一定的竞争力，产品能够满足部分行业的应用需求。

然而，纳米氧化锆粉体的制备与改性仍然面临着诸多技术挑战。首先，技术壁垒较高，要实现纳米氧化锆粉体的高质量制备和有效改性，需要掌握一系列关键技术，如精准控制粉体粒径和分布、解决团聚问题、开发高效的改性剂等，这些技术的突破需要长期的研究和积累。

其次，理想的纳米氧化锆粉体需要同时满足组分均匀、粒径细小、无团聚以及低成本等多重要求，要实现这些要求之间的平衡难度较大。目前，在工业生产中，高效、低成本的纳米氧化锆粉体制备与改性工艺仍然较为缺乏，这在一定程度上限制了纳米氧化锆粉体的大规模应用和产业化发展进程。

五、结论与展望

综上所述，纳米氧化锆作为一种重要的功能陶瓷材料，凭借其优异的性能，在众多领域的市场需求持续增长，展现出了巨大的发展潜力。在过去的研究中，科研人员在纳米氧化锆粉体的制备方法、团聚问题解决以及表面改性技术等方面取得了显著的成果，为其产业化应用奠定了坚实的基础。

展望未来，纳米氧化锆粉体的研究应聚焦于以下几个方面。首先，开发环保、高效的表面改性剂是关键方向之一。随着环保意识的不断提高，传统的一些改性剂可能会对环境造成一定的污染，因此需要研发具有环境友好性、且改性效果优异的新型表面改性剂，同时深入研究改性剂与粉体表面的作用机制，为改性剂的优化设计提供理论依据。

其次，深入探索改性机制对粉体微观结构的影响也至关重要。通过研究改性过程中粉体微观结构的变化规律，能够更好地理解改性机制与粉体性能之间的关系，从而为优化改性工艺、提高粉体性能提供指导。

此外，亟需进一步优化纳米氧化锆粉体的制备工艺，缩短生产周期，降低生产成本。只有通过工艺的优化和成本的降低，才能使纳米氧化锆粉体在更多的领域得到广泛应用，推动高端陶瓷与新材料产业的快速发展。相信在科研人员的不断努力下，纳米氧化锆粉体的制备及改性技术将不断取得新的突破，为相关产业的发展注入新的活力。

苏州傲川纳米氧化锆粉体产品优势：

1、工艺环保，成本可控。

2、粉体纯度高、分散性好、均一性好、形貌可根据客户要求定做等。

3、粉体活性好、振实密度高、烧结后致密度高。

4、应用于陶瓷的氧化锆粉体：有着优异的力学性能。