一文了解纳米氧化锆粉体制备及改性技术

氧化锆（ZrO₂）是一种高熔点金属氧化物，化学性质稳定，具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性，又因其具有抗热冲击性好、折射率高、热稳定性好等优良的力学性能，在义齿、人工关节、飞机发动机零部件，再到汽车电池材料等领域得到广泛应用并备受关注。

其中，氧化锆在义齿行业可谓是“大佬”级别，市场规模巨大。同时，新型纳米氧化锆材料的出现，实现了从氧化锆粉末到牙冠的生产技术革新，烧结后自带天然牙釉光泽，加之自动化的生产流程，成本可降低约60%。据估算，国内每年所需齿科用纳米级氧化锆已超过2000吨，且复合增长率达到10%以上。

近年来，纳米氧化锆陶瓷已经具有一定的韧性和可加工性，由于纳米陶瓷晶粒的细化，晶界数量大幅度的增加，使得材料的强度、韧性和塑性都大大提高。

纳米氧化锆性能

国际市场上，氧化锆纳米粉体已经进入工业化发展阶段，美国、日本和西欧等发达国家和地区，纳米氧化锆粉体的生产规模比较大，产品规格较为齐全，在氧化锆陶瓷的专利上也具有明显的竞争优势。国内高端氧化锆粉体实力较强的厂商有东方锆业、国瓷材料、三环集团等。随着新型陶瓷制造业迅速发展，陶瓷粉体的需求也在增加，开发纳米氧化锆工业也显得越来越迫切。

氧化锆陶瓷粉体的技术壁垒很高，研究如何制备出超细且粒度分布优良的纳米陶瓷粉体制备工艺、通过表面改性改善纳米粉体的流动性，也是当前陶瓷研究的热点。

纳米氧化锆粉体，图来源：三环集团

目前制备纳米氧化锆粉体的方法有固液法、液相法和气相法。其中液相法化学反应过程简单、操作方便、生产成本低、易于规模化生产，且制备出的纳米粉体粒径分布窄、分散性好、组分均匀。所以目前液相法是工业上应用最广泛的方法。

纳米氧化锆制备方法优缺点

纳米氧化锆粉体制备中，纳米氧化锆粉体团聚是一大难题，纳米氧化锆粉体表面能较高、活性强，颗粒之间很容易在混料时形成团聚。在陶瓷团聚体烧结后成为裂纹发源地，严重降低陶瓷部件的断裂强度和韧性。

对纳米粉体进行表面修饰可以有效地改善粉体团聚的倾向。表面改性可以改善粉体粒子分散性，使其不团聚；改善粒子与其他物质的相容性；改善纳米粉体耐久性。此外还能提高粒子表面活性，使微粒产生新的物理、化学、机械性能和新的功能。

目前根据改性剂和纳米粉体表面有无化学反应，可分为表面物理改性和表面化学改性两大类。

表面物理改性

通过分子间的作用力（如范德华力、氢键等）使得表面改性剂附着在粉体表面，在粉体粒子表面形成包覆层，来降低粉体表面的张力，改变粉体粒子的的表面极性，减少粉体之间的团聚作用是表面物理改性常用的一类方法。

几种常规包覆方案

为了增强氧化锆陶瓷的耐蚀性，减少粉体间的团聚，Vivekanandhan等通过丙烯酰胺辅助的柠檬酸聚合物燃烧制备了纳米ZrO₂粉末，并以聚丙烯酸和乙二醇为前驱体，采用聚合树脂法在500℃的条件下在纳米ZrO₂粉体表面包覆了一层超薄ＭoO₃，通过透射电镜表征发现ＭoO₃厚度约为3nm，包覆层均匀连续。

表面化学改性

2.1偶联剂类表面改性

钛酸酯偶联剂对氧化锆粉体改性，在有机粘结剂中不会形成团聚，其致密性（相对密度99.6%）温度为1450℃，比原始粉体要低100℃左右。硅烷偶联剂包覆在纳米氧化锆粉体表面进行改性，能保持纳米粉体结构特性，修饰后粉体表面积能达到354m²/g。

2.2硬脂酸表面表面改性

利用硬脂酸处理无机粉体有类似偶联剂的作用，可以改善无机粉体与高聚物基料的亲和性，提高其在有机溶剂中的分散度。另外，由于硬脂酸本身具有润滑作用，使用硬脂酸对粉体进行表面改性还可以减小复合体系内的摩擦力，改善复合体系的流动性能。

相对于物理方法制备的纳米氧化锆粉体纯度低、化学组份不均匀等缺点，化学法制备氧化锆纳米粉体因为纯度高、颗粒均匀性好、化学组成均匀可控且设备工艺简单等优点得到产业的青睐。

理想的纳米粉体应同时具备组分均匀、颗粒细、粒径分布窄、无团聚、比表面积大等诸多优点，在满足这些条件的同时，作为商品其成本不能过高。作为功能陶瓷，纳米氧化锆因其出色的性能而具有巨大的市场已得到人们的共识，但是高效率、低成本的制备工艺却少之又少。

因此，研究纳米氧化锆粉体的表面改性技术法，探索稳定环保的改性剂及其对粉体微观结构的影响机理，对纳米氧化锆陶瓷粉体的成功应用至关重要。同时，探索生产周期短、成本低的纳米氧化锆生产工艺，对满足市场的需求具有重要的意义。

粉体加工行业盛会

2026年3月24-26日，国家会展中心（上海）将迎来2026上海国际粉体加工与处理展览会。作为粉体加工领域的重要贸易交流平台，本次展会将致力于推动国内外粉体加工行业上下游产业对接，并通过同期举办的专业论坛及配套活动，促进行业深度互动与合作，助力粉体工业及相关市场持续繁荣。

值得关注的是，本届展会将携手四大行业盛会——第18届中国国际粉末冶金及硬质合金展览会、第18届中国国际先进陶瓷展览会、2026上海国际磁性材料与应用产业链展览会，以及2026上海增材制造应用技术展览会，共同构建“五展联动”矩阵。这一模式将打造新材料与先进制造领域具有突破意义的资源整合平台，有效串联产业链各环节，覆盖更广泛的上下游企业，吸引多元观众群体，重塑产业生态格局，实现全产业链资源的精准对接。

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