氧化锆陶瓷的制备工艺是一套从粉体到最终精密制品的完整体系，核心围绕粉体处理、成型、烧结、后加工四大阶段展开，不同工艺路线决定了产品的纯度、致密度、力学性能与生产成本。

一、粉体制备与预处理工艺

粉体是氧化锆陶瓷的基础，粉体的纯度、粒径、分散性直接决定最终产品性能，工业上主要分为化学合成法与机械法两大类。

1. 主流粉体合成工艺

（1）共沉淀法

以氯氧化锆、硝酸锆等可溶性锆盐为原料，加入钇、铈、钙等稳定剂的可溶性盐溶液，混合后加入氨水、氢氧化钠等沉淀剂，生成氢氧化物共沉淀。

流程：配料溶解 → 共沉淀 → 陈化 → 过滤洗涤 → 干燥 → 煅烧 → 气流粉碎 → 得到稳定化氧化锆超细粉

特点：工艺成熟、成本适中、粉体纯度高、粒径可控，适合大规模生产 Y-TZP 粉体，是目前商用氧化锆粉体的主流制备方式。

（2）水热法

在高温高压的水热反应釜中，使锆源与稳定剂前驱体在水溶液中直接结晶生成氧化锆粉体。

特点：粉体结晶度高、粒径小且分布均匀、团聚少，无需高温煅烧，可直接得到高活性纳米粉体；但设备成本高、产能有限，多用于高端精密陶瓷与科研领域。

（3）溶胶 - 凝胶法

将锆的醇盐或无机盐配制成溶胶，经水解、缩聚形成凝胶，干燥后煅烧得到纳米氧化锆粉体。

特点：粉体纯度极高、化学均匀性好，可实现原子级别的成分混合，适合制备高性能功能陶瓷；但原料昂贵、工艺周期长，难以大规模量产。

（4）机械球磨法

以粗氧化锆粉体与稳定剂粉末为原料，通过行星式球磨机、搅拌磨进行湿法 / 干法球磨，实现细化与混合。

特点：设备简单、成本低，适合对纯度要求不极端的普通结构件；但粉体粒径分布较宽，易引入杂质，需配合后续提纯处理。

2. 粉体预处理

合成后的粉体需进行预处理，保证成型质量：

造粒：添加粘结剂、分散剂、润滑剂，通过喷雾造粒制成流动性好、粒径均匀的造粒粉，适配干压成型；

球磨分散：去除团聚体，保证粉体分散均匀，避免成型后出现缺陷；

干燥与除杂：控制粉体含水率，去除残留杂质，提升烧结致密度。

二、成型工艺

成型是将粉体转化为具有预定形状和强度的坯体，不同成型工艺适用于不同形状、精度与产能的产品，是氧化锆陶瓷制备的关键中间环节。

1. 干压成型

将喷雾造粒后的粉体加入金属模具，通过液压机单向或双向加压，制成坯体。

工艺要点：成型压力一般为 80–200 MPa，双向加压可减少坯体密度不均；

适用产品：形状简单、尺寸规整的小型制品，如陶瓷珠、基片、小型结构件、磨球；

特点：生产效率高、成本低、坯体尺寸精度较好，适合大批量标准化生产。

2. 冷等静压成型（CIP）

将粉体装入柔性弹性模具，置于高压容器中，通过液体介质传递均匀压力，使粉体致密化。

工艺要点：压力通常 100–300 MPa，压力均匀，坯体各向同性好；

适用产品：大型坯体、形状较复杂的部件、高性能精密陶瓷毛坯，常作为热等静压或机加工的前序工艺；

特点：坯体致密度高、均匀性优异，烧结后收缩小、缺陷少，可提升产品力学性能。

3. 陶瓷注射成型（CIM）

将氧化锆粉体与热塑性粘结剂按比例混合，制成喂料，通过注塑机注射进入精密模具，冷却后得到坯体，再经脱脂去除粘结剂。

工艺要点：需严格控制喂料比例、注射参数与脱脂速率，避免坯体变形、开裂；

适用产品：形状复杂、薄壁、高精度的小型零部件，如光纤插芯、牙科修复体、微型轴承、电子结构件；

特点：可一次成型复杂结构，后续加工量小，产品一致性好，适合高精度、复杂件的规模化生产。

4. 流延成型

将氧化锆粉体与溶剂、粘结剂、增塑剂混合制成浆料，通过流延机刮刀涂布在载体膜上，干燥后剥离得到陶瓷薄片。

适用产品：超薄氧化锆陶瓷片、固体氧化物燃料电池电解质片、电子基片、多层陶瓷元件；

特点：可制备厚度极薄（几十微米至几毫米）、表面平整的片材，适合连续化生产。

5. 挤压成型

将粉体与粘结剂、水混合成具有可塑性的泥料，通过挤压模具挤出成型，切割为所需长度。

适用产品：棒状、管状、长条状制品，如热电偶保护管、陶瓷棒、长条密封件；

特点：生产效率高，适合长条形规则制品的连续生产。

三、烧结工艺

烧结是坯体在高温下发生颗粒结合、孔隙消除、致密度提升的过程，直接决定氧化锆陶瓷的最终性能，是制备工艺的核心环节。

1. 常压烧结

将成型后的坯体置于高温窑炉中，在大气环境下，按设定升温曲线加热至烧结温度，保温后冷却。

工艺参数：钇稳定氧化锆（Y-TZP）烧结温度通常1450–1600℃，保温时间 1–4 小时，需严格控制升温速率，避免坯体开裂；

特点：设备简单、成本低、适合大批量生产，可得到致密度 > 95% 的陶瓷，满足绝大多数工业与民用产品需求。

2. 热压烧结（HP）

在加压的同时进行高温烧结，轴向施加压力，促进颗粒重排与孔隙消除。

工艺参数：温度 1300–1500℃，压力 10–50 MPa，可在较低温度下实现高致密度；

特点：烧结温度低、致密度接近理论值、晶粒细小、产品力学性能优异；但设备昂贵、生产效率低，仅适合高端高性能部件。

3. 热等静压烧结（HIP）

将烧结后的陶瓷或包封后的坯体，置于高压气体介质中，同时施加高温与各向同性高压。

工艺参数：温度 1300–1500℃，压力 100–200 MPa；

特点：可完全消除内部微气孔，致密度接近 100%，产品强度、韧性、均匀性达到较优水平，用于航空航天、医疗植入、高端光纤器件等领域；但成本极高，产能有限。

4. 微波烧结

利用微波场使陶瓷坯体整体均匀发热，实现快速烧结。

特点：升温速度快、烧结时间短、晶粒细小均匀、能耗低，可提升产品韧性与耐磨性；但设备与工艺控制难度较高，目前处于规模化应用推广阶段。

5. 放电等离子烧结（SPS）

通过脉冲直流电能与压力，在粉体颗粒间产生放电，实现快速升温与烧结。

特点：烧结速度极快（几分钟至几十分钟）、晶粒无明显长大，可制备超细晶高性能氧化锆陶瓷，多用于科研与高端特种陶瓷制备。

四、后加工与精整工艺

氧化锆陶瓷烧结后硬度极高，且存在一定收缩变形，需通过精密后加工达到尺寸精度与表面质量要求。

切割：使用金刚石切割机、激光切割机，对烧结体进行外形裁切，分割为单个产品；

研磨与抛光：采用金刚石砂轮、研磨盘，经粗磨、精磨、抛光，达到镜面效果，表面粗糙度 Ra 可低至纳米级，多用于牙科、光纤、消费电子配件；

精密磨削：使用外圆磨、平面磨、坐标磨床，保证产品尺寸公差达到微米级；

表面处理：可进行喷砂、着色、镀膜等处理，提升外观与表面性能。