氧化锆陶瓷的制备工艺是决定其性能（如强度、韧性、致密度）的关键，需经过粉末制备、成型、烧结及后续加工等多个环节，每个步骤都有严格的工艺要求。

一、粉末制备工艺（核心基础）

氧化锆陶瓷的性能首先取决于原料粉末的纯度、粒径和均匀性，常用制备方法包括：

化学沉淀法

原理：将锆盐（如硝酸锆、氧氯化锆）溶液与沉淀剂（如氨水、氢氧化钠）反应，生成氢氧化锆沉淀，经洗涤、干燥、煅烧后得到氧化锆粉末。

优势：粉末纯度高（可达 99.9% 以上）、粒径细（亚微米级）、成分均匀，适合工业化量产。

关键参数：控制溶液浓度、pH 值、反应温度，避免颗粒团聚。

溶胶 - 凝胶法

原理：以有机锆化合物（如锆醇盐）为原料，在溶剂中水解形成溶胶，进一步聚合为凝胶，干燥后煅烧得到超细粉末。

优势：粉末粒径可控制在纳米级（<100nm），化学均匀性极佳，适合制备高纯度、复杂成分的陶瓷（如添加钇稳定的氧化锆）。

局限：成本较高，生产周期长，适合实验室或高端产品。

水热合成法

原理：在高温高压（通常 100-300℃、1-10MPa）的水溶液中，使锆盐直接结晶生成氧化锆粉末，无需高温煅烧。

优势：粉末颗粒形状规则（如球形）、分散性好，避免了煅烧导致的硬团聚，烧结活性高。

应用：适合制备纳米级四方相氧化锆粉末。

固相法（传统方法）

原理：将锆英砂（ZrSiO₄）与稳定剂（如 Y₂O₃）混合，高温煅烧（1500-1700℃）分解后粉碎，得到氧化锆粉末。

优势：工艺简单、成本低，适合大规模生产。

局限：粉末粒径较大（微米级）、纯度较低，性能略逊于化学法产品。

二、成型工艺（根据产品形状选择）

成型是将粉末制成具有一定形状和强度的坯体，常用方法包括：

干压成型

适用场景：形状简单的小型零件（如垫片、轴承环）。

工艺：将粉末装入模具，通过压机施加压力（10-50MPa）压制成坯体。

局限：坯体密度不均匀（边缘高、中心低），不适用于复杂结构。

等静压成型

原理：将粉末装入弹性模具，在高压容器中通过液体介质（油或水）施加各向均匀的压力（100-300MPa）。

优势：坯体密度高且均匀，适合大型或异形零件（如陶瓷刀具毛坯）。

分类：冷等静压（室温成型，应用最广）、热等静压（高温高压，用于特殊高性能材料）。

注塑成型

适用场景：形状复杂的零件（如医疗植入物、精密齿轮）。

工艺：

将氧化锆粉末与粘结剂（石蜡、树脂）混合制成流动性好的喂料；

注入金属模具，冷却后脱模得到坯体；

通过脱脂（去除粘结剂）后再烧结。

优势：尺寸精度高（可达 ±0.1mm），适合批量生产复杂结构。

** extrusion 成型（挤出成型）**

适用场景：管状、棒状等长条形零件（如陶瓷喷嘴、热电偶保护管）。

工艺：粉末与粘结剂混合成塑性泥料，通过挤出机的模具口挤出成连续坯体，切割后干燥。

三、烧结工艺（决定致密度和晶体结构）

烧结是将坯体在高温下加热，使粉末颗粒扩散、融合，形成致密陶瓷的过程，直接影响材料的力学性能：

常压烧结（最常用）

工艺：在空气或惰性气氛中，以 1400-1600℃加热（保温 2-4 小时），随炉冷却。

关键参数：

升温速率：控制在 5-10℃/min，避免坯体开裂；

烧结温度：过高会导致晶粒粗大（降低韧性），过低则致密度不足（影响强度）。

适用范围：大部分工业用氧化锆陶瓷（如部分稳定氧化锆 PSZ）。

热压烧结

工艺：在烧结过程中同时施加轴向压力（10-50MPa），温度略低于常压烧结（1300-1500℃）。

优势：致密度更高（可达 99% 以上），晶粒更细小，材料强度和韧性显著提升。

局限：设备成本高，仅适合平面、块状等简单形状产品。

微波烧结

原理：利用微波直接加热坯体（内部发热），升温速度快（可达 50-100℃/min），烧结温度降低 100-200℃。

优势：晶粒细小、能耗低，适合制备纳米结构氧化锆陶瓷。

局限：对坯体形状和尺寸有要求，大规模应用受限。

四、后续加工工艺（精密化处理）

氧化锆陶瓷烧结后硬度极高（莫氏硬度 8.5），需用特殊方法加工以满足尺寸精度和表面质量要求：

磨削加工

用金刚石砂轮（树脂结合剂或金属结合剂）进行平面、外圆或内孔磨削，精度可达 ±0.001mm。

适用于轴承、密封件等对尺寸精度要求高的零件。

激光加工

利用高能激光束进行切割、打孔或雕刻，适合复杂形状或微小结构（如医疗用微孔陶瓷）。

优势：无机械应力，避免加工时开裂。

超声波加工

通过超声波振动带动磨料（金刚石微粉）冲击陶瓷表面，适合脆性材料的异形加工（如复杂型腔）。