摘要：

　　精密陶瓷（又称高级陶瓷）是以高纯度无机化合物为原料，经精密控制工艺制成的高性能材料，分为结构陶瓷与功能陶瓷两大类。本文以氧化锆精密陶瓷为研究对象，通过原料提纯、成型烧结及后加工的完整实验流程，结合 XRD、SEM 等表征手段分析其微观结构与性能。结果表明，采用 99.9% 纯度氧化锆粉末经 1550℃热压烧结后，材料致密度达 99.6%，维氏硬度 1300HV，抗弯强度 1100MPa，显著优于传统陶瓷及金属材料。该类材料凭借耐高温、生物相容等特性，已广泛应用于医疗、新能源、航空航天等领域，2024 年中国市场规模达 1090 亿元，2025 年预计增至 1167 亿元，成为高端制造的核心支撑材料。

　　1.实验过程

　　本实验以氧化锆（ZrO₂）精密陶瓷制备为核心，具体流程如下：原料制备：选取纯度 99.9% 的纳米级氧化锆粉末（粒径 50nm），添加 3mol% 氧化钇（Y₂O₃）作为稳定剂，采用行星式球磨机湿法球磨 24 小时，球料比 5:1，转速 300r/min，获得均匀分散的浆料。成型工艺：采用冷等静压成型技术，将喷雾造粒后的粉末（松装密度 1.8g/cm³）装入橡胶模具，施加 200MPa 压力保压 5 分钟，制备直径 20mm、厚度 5mm 的坯体，该工艺可使坯体密度均匀性提升 40%。烧结处理：将坯体置于气氛烧结炉中，在氩气保护下采用阶梯升温制度：室温至 800℃以 5℃/min 升温，保温 2 小时去除粘合剂；随后以 3℃/min 升至 1550℃，保温 3 小时进行热压烧结，压力 50MPa。后加工：通过金刚石砂轮研磨抛光，采用化学机械抛光（CMP）技术优化表面质量，获得表面粗糙度 Ra＜0.05μm 的成品。

　　2. 结构分析物相分析：

　　采用 X 射线衍射（XRD）测试显示，成品主要物相为四方相 ZrO₂，无杂质峰出现，表明氧化钇稳定剂完全固溶，材料结晶度达 98% 以上，确保了优异的力学性能。微观结构：扫描电子显微镜（SEM）观察显示，陶瓷晶粒均匀分布，平均粒径约 2μm，致密度达 99.6%，无明显孔隙缺陷，这与热压烧结过程中颗粒充分致密化密切相关。性能测试：力学性能：维氏硬度 1300HV，抗弯强度 1100MPa，断裂韧性 9.5MPa・m¹/²，是传统氧化铝陶瓷的 2 倍；生物相容性：细胞毒性试验显示细胞存活率＞95%，符合 ISO 10993 医疗标准；耐环境性能：可耐受 134℃高压蒸汽灭菌 500 次以上，性能无衰减，耐腐蚀性优于不锈钢。

　　3. 结论

　　精密陶瓷的高性能依赖于原料纯度与工艺参数的精准控制，99.9% 高纯度原料配合 1550℃热压烧结工艺，可实现晶粒细化与高致密度，显著提升材料力学性能与稳定性。氧化锆精密陶瓷在医疗领域表现突出，其牙冠种植体的组织炎症发生率比钛合金低 60%，人工髋关节股骨头年磨损率＜0.1mm，手术器械使用寿命是不锈钢的 3 倍；工业领域中，氮化硅陶瓷轴承已应用于新能源汽车与高铁，使设备能耗降低 15%，寿命延长 2 倍以上。随着国产替代政策推进与 3D 打印、绿色制造等技术创新，精密陶瓷市场将持续扩张，未来在 5G 通信、第三代半导体等领域的应用将进一步拓宽，推动高端制造业升级。（更多资讯请关注先进材料应用哦！）