2013年氧化鋯下游應用市場研究
http://www.xibaipo.cc 2013-02-28 09:07 中企顧問網
本文導讀：氧化鋯全陶瓷軸承具抗磁電絕緣、耐磨、耐腐蝕、無油自潤滑、耐高溫、耐高寒等特點，可用于極度惡劣環境及特殊工況。目前氧化鋯陶瓷軸承已被微型冷卻風扇所采用，其產品壽命及噪音穩定性均優于傳統的滾珠及滑動軸承系統。
氧化鋯作為一種重要原材料，下游應用涉及行業廣泛，新應用行業不斷拓展
化學鋯應用范圍有結構陶瓷、耐火材料、功能陶瓷、陶瓷色釉料、玻璃、其他領域如氧化鋯寶石材料、氧化鋯陶瓷、催化劑等。電熔鋯主要應用于耐火材料、陶瓷色料、磨料、金屬鋯的生產，使用量占電熔鋯80%以上。我們查閱了相關文獻，目前氧化鋯應用領域簡要概述如下。
1、化學鋯下游應用簡介
（1）耐火材料是化學氧化鋯的最早應用領域之一，也是應用最為廣泛的領域之一，化學鋯主要用于生產氧化鋯坩堝、氧化鋯耐火纖維、氧化鋯窯爐材料等耐火制品。雖然目前耐火材料基本使用低價的電熔氧化鋯，但高檔的耐火材料依舊使用化學鋯。
氧化鋯坩堝是一種極好的耐火材料，氧化鋯的熔點高達2700℃，即使加熱到1900多攝氏度也不會與熔融的鋁、鐵、鎳、鉑等金屬，硅酸鹽和酸性爐渣等發生反應，所以用氧化鋯材料制作的坩堝能成功地熔煉鉑、鈀、釕、銫等鉑族貴金屬及其合金，亦可用來熔煉鉀、鈉、石英玻璃以及氧化物和鹽類等。
氧化鋯纖維是唯一一種能夠在1600℃以上超高溫環境下長期使用的陶瓷纖維耐火材料，具有比氧化鋁纖維、莫來石纖維、硅酸鋁纖維等更高的使用溫度和更好的隔熱性能，并且高溫化學性質穩定、耐腐蝕、抗氧化、不易揮發、無污染。這些優異特性決定了氧化鋯纖維是一種頂尖的高檔耐火纖維材。
氧化鋯用作窯爐耐火材料主要應用于大型玻璃池窯的關鍵部位，早期使用的鋯質耐火材料，其氧化鋯含量僅為33%~35%，日本隨后研制成功含氧化鋯94%~95%的鋯質耐火材料，將其使用在玻璃窯頂部和關鍵部位，大大提高了玻璃窯的壽命。高純鋯耐火材料產品使用可以避免雜質污染玻璃品質。將氧化鋯熔融、吹制后得到大小不同的氧化鋯空心球，制備各種高級隔熱磚，避免了陶瓷纖維老化后的粉塵污染問題。
（2）結構陶瓷是高端化學鋯的主要應用領域之一，氧化鋯陶瓷指以氧化鋯為主要成分的陶瓷材料，化學鋯主要用于生產氧化鋯陶瓷軸承、氧化鋯陶瓷閥門等機械零部件以及氧化鋯陶瓷研磨材料。氧化鋯結構陶瓷它不僅具有耐高溫、耐腐蝕、耐損、高強度等優點，而且還具有優良的熱性能和電性能。氧化鋯結構陶瓷的研究、開發和應用早已引起世界各國的高度重視，尤其是自從1975年澳大利亞科學家Garvie首先發明氧化鋯增韌陶瓷以來，這方面的研究開發進展迅速。目前日本在復合氧化鋯、氧化鋯結構陶瓷的技術、生產、應用等方面處于世界領先地位，美國次之。國內上市公司東方鋯業的高性能Al-Y復合氧化鋯主要用于氧化鋯陶瓷。
氧化鋯全陶瓷軸承具抗磁電絕緣、耐磨、耐腐蝕、無油自潤滑、耐高溫、耐高寒等特點，可用于極度惡劣環境及特殊工況。目前氧化鋯陶瓷軸承已被微型冷卻風扇所采用，其產品壽命及噪音穩定性均優于傳統的滾珠及滑動軸承系統。
氧化鋯陶瓷閥門擁有優良的耐磨性、防腐性、抗高溫熱震性。目前，我國各個行業中普遍使用的閥門是金屬閥門，金屬閥門的使用有100多年的歷史，期間雖然也經歷過材料及結構的改變，但由于受金屬材料自身的限制，金屬的腐蝕破壞對閥門耐磨性的作用期限、可靠性、使用壽命具有相當大的影響，機械和腐蝕的作用因素對金屬的作用大大地增加了接觸表面總的磨損量，閥門操作過程中，摩擦的表面由于同時的機械作用和金屬與環境進行化學的或電化學的相互作用的結果產生磨損和破壞，對于閥門而言，其管道工作氣候條件的復雜；石油、天然氣和油層水等介質中硫化氫、二氧化碳和某些有機酸的出現，使其表面的破壞力增大，從而迅速失去工作能力，氧化鋯陶瓷閥門正好可以勝任這一領域。
氧化鋯磨球具有硬度大、磨損率小、使用壽命長、可大幅減少研磨原料的污染，能夠很好地保證產品質量，同時氧化鋯材料密度大，用做研磨介質時撞擊能量強，可大大提高研磨分散效率，可有效縮短研磨時間。良好的化學穩定性決定了其耐腐蝕性，可以在酸性和堿性介質中使用。
據統計，國內復合氧化鋯2005年的需求量約8350噸大部分依賴進口，國內產量僅為1000噸，價格約13萬元/噸；2010年國內需求量約16000噸，國內產量約7000噸，每噸單價12萬元，因質量指標與進口產品差距較大而只能應用于低端工業領域，基本需求缺口仍靠進口滿足。
（3）功能陶瓷是高端化學鋯的另一個主要應用領域，化學鋯主要用于制備氧化鋯陶瓷刀具、氧化鋯高溫發熱材料、氧化鋯生物陶瓷材料、氧化鋯涂層材料、氧化鋯通訊材料、氧化鋯氧傳感器、氧化鋯壓電材料等。
氧化鋯陶瓷刀具具有高強度、耐磨損、無氧化、不生銹、耐酸堿、防靜電、不會與食物發生反應的特點，陶瓷硬度僅低于最硬的金剛石，強度極高，同時刀體光澤如玉，是當今世界理想的高科技綠色刀具，目前市場主要產品有：氧化鋯陶瓷餐刀、剪刀、剃須刀、手術刀等，近幾年在歐、美、日、韓等地已開始流行，我國也開始慢慢出現，東方鋯業已有成品出售。
氧化鋯還可以作為高溫發熱材料，其在常溫下為絕緣材料，比電阻高達1015Ω〃cm，溫度升高至600℃可以導電，而在1000℃以上時是良導體，可作1800℃高溫發熱元件，最高工作溫度可以達到2400℃，目前已經被成功地用于2000℃以上氧化氣氛下的發熱元件及其設備中，磁流體發電的電極材料也在積極的研究之中。
人造假牙是氧化鋯生物陶瓷的重要用途之一。氧化鋯烤瓷牙是烤瓷牙家族中的“貴族”，烤瓷牙材料的好壞直接影響它的質量和患者身體健康，因烤瓷牙的內冠是由不同金屬材料制作而成，金屬內冠易與口腔唾液發生氧化反應，氧化鋯材質的烤瓷牙由于沒有金屬內冠層，牙齒透明度好，光澤度極佳，更有效避免了牙齒過敏和牙齦黑線等問題，具有足夠好的遮色能力，能夠完美解決重度四環素牙患者的牙齒美容需求，而且氧化鋯材質的強韌性彌補了普通烤瓷牙易蹦缺的缺點，生物相容性好，不刺激口腔粘膜組織，易于清潔，是目前國內外最優質的烤瓷牙。
氧化鋯具有熔點高(約2700℃)、導熱系數低（0.0015~0.0036cal/cm〃s〃℃)的特點，是一種理想的絕熱材料。在航空發動機高溫部件上(如火焰簡、憔燒室、加力燃燒室、導向葉片、渦輪葉片等)噴涂熱障涂層，具有十分重要的意義。高性能發動機要求具有高的推重比和大的推力，其重要手段是提高渦輪前燃氣進口溫度或加力燃燒室溫度。國外70年代研制的發動機，渦輪前燃氣進口溫度已達到1600K以上，90年代將達到1850~1950K。現有高溫合金和冷卻技術已難以滿足設計要求。解決這一問題的辦法是在高溫部件上等離子噴涂氧化鋯熱障涂層。目前高性能Y2O3等穩定劑穩定的氧化鋯熱障陶瓷涂層材料，已主要應用于高性能渦輪航空發動機中。發電機的高溫葉片上，用等離子噴涂ZrO2涂層后,可提高工作溫度50~100℃。ZrO2涂層已擴展到內燃機或高汽輪機的燃燒室金屬內壁上，可提高工作溫度，節省燃料。
近年來隨著信息及通信等新興產業的發展，其產品越來越向高精密、小型化方向發展，增韌氧化鋯陶瓷優良的力學性能、耐腐蝕及高絕緣性能能夠勝任這一領域，目前已有氧化鋯陶瓷插針和氧化鋯陶瓷套筒產品問世。在陶瓷PC型光纖活動連接器中，二氧化鋯插針體是其關鍵部件。
汽車工業中在使用三效催化轉化器降低排放污染的發動機上，氧傳感器是必不可少的，目前使用的氧傳感器有氧化鈦式和氧化鋯式兩種，其中應用最多的就是氧化鋯式氧傳感器。早在20世紀70年代中期，日本汽車生產技術完備卻難以進入美國市場，但美國制定新政策限制汽車尾氣污染給日本帶來了機會，日本科學家把氧化鋯制成多孔氧傳感器，裝在發動機里自動檢測發動機里氧氣與燃燒氣體的比例，并自動控制輸入氣體和排出氣體的比例，從而大大減少汽車排放的有害氣體。
（4）陶瓷色釉料，氧化鋯為黃、藍、紅色顏料良好的助色劑，純的氧化鋯可以提高釉的高溫粘度和擴大高溫粘度變化的溫度范圍，有較好的熱穩定性。氧化鋯為黃綠色顏料良好的助色劑，若想獲得性能較好的釩鋯黃顏料，必須選用質純的氧化鋯，另外在釉料制造方面，純的氧化鋯可以提高釉的高溫粘度和擴大高溫粘度變化的溫度范圍，有較好的熱穩定性，其含量為2%~3%時，能提高釉料的抗龜裂性能，還因氧化鋯的化學惰性大，能提高釉料的化學穩定性和抗酸堿侵蝕的能力，有時也被用來制作乳濁釉。
（5）玻璃，氧化鋯具有良好的光學性能，是光學透鏡的添加劑。高純氧化鋯作為真空鍍膜材料用于矯正因多層膜涂料所造成的攝影機透鏡的色散，以及用于防止眼鏡片的不規則反射。
在一些特種玻璃制造中，使用鋯英砂(ZrSiO4)和單斜鋯（ZrO2)。如：用ZrO2替代鉛水晶玻璃中的PbO制成鋯水晶玻璃，還有光學玻璃(ZrO2含量5%)，實驗室玻璃(ZrO2含量3.5%)，醫學用玻璃(ZrO2含量2%)，抗腐蝕的玻璃纖維(ZrO2含量<16%)等，電視機及計算機的顯示屏面板必須加入ZrO2，以吸收陰極射線管發出的UV射線。
（6）其它領域包括在氧化鋯寶石材料、氧化鋯陶瓷首飾、催化劑等應用領域。
氧化鋯寶石材料分為天然立方氧化鋯和人工合成立方氧化鋯兩種。自然狀態下天然的立方氧化鋯極難尋找到，決定了其具有了寶石材料稀有性的特點，自然形成的立方氧化鋯顏色非常豐富，大顆優質的天然鋯石價格決不在同等的鉆石之下，是非常稀少的貴重天然寶石。人工合成立方氧化鋯光學性能良好，是廉價而有美麗的鉆石替代品。
氧化鋯陶瓷首飾目前主要有以下幾種類型：（1）鑲嵌了氧化鋯的銀首飾，在這里氧化鋯的范圍就比較寬廣，包括二氧化鋯石、工業二氧化鋯、高純二氧化鋯、穩定二氧化鋯、超細二氧化鋯、鋯英砂、鋯英粉等。（2）單純氧化鋯材料佩飾品，是目前裝飾陶瓷市場正悄然興起的一類產品，該類產品在歐、美、日和中國香港等地區均有很好的市場，特別在歐洲市場受到青睞。（3）兼有應用功能的佩飾品，典型的產品是陶瓷手表表殼、表圈、表帶等產品，國際知名品牌Chanel/香奈爾、RADO/雷達等手表均有全陶瓷款式，而且價格不菲。
化學鋯應用范圍有結構陶瓷、耐火材料、功能陶瓷、陶瓷色釉料、玻璃、其他領域如氧化鋯寶石材料、氧化鋯陶瓷、催化劑等。電熔鋯主要應用于耐火材料、陶瓷色料、磨料、金屬鋯的生產，使用量占電熔鋯80%以上。我們查閱了相關文獻，目前氧化鋯應用領域簡要概述如下。
1、化學鋯下游應用簡介
（1）耐火材料是化學氧化鋯的最早應用領域之一，也是應用最為廣泛的領域之一，化學鋯主要用于生產氧化鋯坩堝、氧化鋯耐火纖維、氧化鋯窯爐材料等耐火制品。雖然目前耐火材料基本使用低價的電熔氧化鋯，但高檔的耐火材料依舊使用化學鋯。
氧化鋯坩堝是一種極好的耐火材料，氧化鋯的熔點高達2700℃，即使加熱到1900多攝氏度也不會與熔融的鋁、鐵、鎳、鉑等金屬，硅酸鹽和酸性爐渣等發生反應，所以用氧化鋯材料制作的坩堝能成功地熔煉鉑、鈀、釕、銫等鉑族貴金屬及其合金，亦可用來熔煉鉀、鈉、石英玻璃以及氧化物和鹽類等。
氧化鋯坩堝
氧化鋯用作窯爐耐火材料主要應用于大型玻璃池窯的關鍵部位，早期使用的鋯質耐火材料，其氧化鋯含量僅為33%~35%，日本隨后研制成功含氧化鋯94%~95%的鋯質耐火材料，將其使用在玻璃窯頂部和關鍵部位，大大提高了玻璃窯的壽命。高純鋯耐火材料產品使用可以避免雜質污染玻璃品質。將氧化鋯熔融、吹制后得到大小不同的氧化鋯空心球，制備各種高級隔熱磚，避免了陶瓷纖維老化后的粉塵污染問題。
（2）結構陶瓷是高端化學鋯的主要應用領域之一，氧化鋯陶瓷指以氧化鋯為主要成分的陶瓷材料，化學鋯主要用于生產氧化鋯陶瓷軸承、氧化鋯陶瓷閥門等機械零部件以及氧化鋯陶瓷研磨材料。氧化鋯結構陶瓷它不僅具有耐高溫、耐腐蝕、耐損、高強度等優點，而且還具有優良的熱性能和電性能。氧化鋯結構陶瓷的研究、開發和應用早已引起世界各國的高度重視，尤其是自從1975年澳大利亞科學家Garvie首先發明氧化鋯增韌陶瓷以來，這方面的研究開發進展迅速。目前日本在復合氧化鋯、氧化鋯結構陶瓷的技術、生產、應用等方面處于世界領先地位，美國次之。國內上市公司東方鋯業的高性能Al-Y復合氧化鋯主要用于氧化鋯陶瓷。
氧化鋯全陶瓷軸承具抗磁電絕緣、耐磨、耐腐蝕、無油自潤滑、耐高溫、耐高寒等特點，可用于極度惡劣環境及特殊工況。目前氧化鋯陶瓷軸承已被微型冷卻風扇所采用，其產品壽命及噪音穩定性均優于傳統的滾珠及滑動軸承系統。
氧化鋯軸承
氧化鋯磨球具有硬度大、磨損率小、使用壽命長、可大幅減少研磨原料的污染，能夠很好地保證產品質量，同時氧化鋯材料密度大，用做研磨介質時撞擊能量強，可大大提高研磨分散效率，可有效縮短研磨時間。良好的化學穩定性決定了其耐腐蝕性，可以在酸性和堿性介質中使用。
據統計，國內復合氧化鋯2005年的需求量約8350噸大部分依賴進口，國內產量僅為1000噸，價格約13萬元/噸；2010年國內需求量約16000噸，國內產量約7000噸，每噸單價12萬元，因質量指標與進口產品差距較大而只能應用于低端工業領域，基本需求缺口仍靠進口滿足。
（3）功能陶瓷是高端化學鋯的另一個主要應用領域，化學鋯主要用于制備氧化鋯陶瓷刀具、氧化鋯高溫發熱材料、氧化鋯生物陶瓷材料、氧化鋯涂層材料、氧化鋯通訊材料、氧化鋯氧傳感器、氧化鋯壓電材料等。
氧化鋯陶瓷刀具具有高強度、耐磨損、無氧化、不生銹、耐酸堿、防靜電、不會與食物發生反應的特點，陶瓷硬度僅低于最硬的金剛石，強度極高，同時刀體光澤如玉，是當今世界理想的高科技綠色刀具，目前市場主要產品有：氧化鋯陶瓷餐刀、剪刀、剃須刀、手術刀等，近幾年在歐、美、日、韓等地已開始流行，我國也開始慢慢出現，東方鋯業已有成品出售。
氧化鋯還可以作為高溫發熱材料，其在常溫下為絕緣材料，比電阻高達1015Ω〃cm，溫度升高至600℃可以導電，而在1000℃以上時是良導體，可作1800℃高溫發熱元件，最高工作溫度可以達到2400℃，目前已經被成功地用于2000℃以上氧化氣氛下的發熱元件及其設備中，磁流體發電的電極材料也在積極的研究之中。
人造假牙是氧化鋯生物陶瓷的重要用途之一。氧化鋯烤瓷牙是烤瓷牙家族中的“貴族”，烤瓷牙材料的好壞直接影響它的質量和患者身體健康，因烤瓷牙的內冠是由不同金屬材料制作而成，金屬內冠易與口腔唾液發生氧化反應，氧化鋯材質的烤瓷牙由于沒有金屬內冠層，牙齒透明度好，光澤度極佳，更有效避免了牙齒過敏和牙齦黑線等問題，具有足夠好的遮色能力，能夠完美解決重度四環素牙患者的牙齒美容需求，而且氧化鋯材質的強韌性彌補了普通烤瓷牙易蹦缺的缺點，生物相容性好，不刺激口腔粘膜組織，易于清潔，是目前國內外最優質的烤瓷牙。
氧化鋯具有熔點高(約2700℃)、導熱系數低（0.0015~0.0036cal/cm〃s〃℃)的特點，是一種理想的絕熱材料。在航空發動機高溫部件上(如火焰簡、憔燒室、加力燃燒室、導向葉片、渦輪葉片等)噴涂熱障涂層，具有十分重要的意義。高性能發動機要求具有高的推重比和大的推力，其重要手段是提高渦輪前燃氣進口溫度或加力燃燒室溫度。國外70年代研制的發動機，渦輪前燃氣進口溫度已達到1600K以上，90年代將達到1850~1950K。現有高溫合金和冷卻技術已難以滿足設計要求。解決這一問題的辦法是在高溫部件上等離子噴涂氧化鋯熱障涂層。目前高性能Y2O3等穩定劑穩定的氧化鋯熱障陶瓷涂層材料，已主要應用于高性能渦輪航空發動機中。發電機的高溫葉片上，用等離子噴涂ZrO2涂層后,可提高工作溫度50~100℃。ZrO2涂層已擴展到內燃機或高汽輪機的燃燒室金屬內壁上，可提高工作溫度，節省燃料。
近年來隨著信息及通信等新興產業的發展，其產品越來越向高精密、小型化方向發展，增韌氧化鋯陶瓷優良的力學性能、耐腐蝕及高絕緣性能能夠勝任這一領域，目前已有氧化鋯陶瓷插針和氧化鋯陶瓷套筒產品問世。在陶瓷PC型光纖活動連接器中，二氧化鋯插針體是其關鍵部件。
汽車工業中在使用三效催化轉化器降低排放污染的發動機上，氧傳感器是必不可少的，目前使用的氧傳感器有氧化鈦式和氧化鋯式兩種，其中應用最多的就是氧化鋯式氧傳感器。早在20世紀70年代中期，日本汽車生產技術完備卻難以進入美國市場，但美國制定新政策限制汽車尾氣污染給日本帶來了機會，日本科學家把氧化鋯制成多孔氧傳感器，裝在發動機里自動檢測發動機里氧氣與燃燒氣體的比例，并自動控制輸入氣體和排出氣體的比例，從而大大減少汽車排放的有害氣體。
（4）陶瓷色釉料，氧化鋯為黃、藍、紅色顏料良好的助色劑，純的氧化鋯可以提高釉的高溫粘度和擴大高溫粘度變化的溫度范圍，有較好的熱穩定性。氧化鋯為黃綠色顏料良好的助色劑，若想獲得性能較好的釩鋯黃顏料，必須選用質純的氧化鋯，另外在釉料制造方面，純的氧化鋯可以提高釉的高溫粘度和擴大高溫粘度變化的溫度范圍，有較好的熱穩定性，其含量為2%~3%時，能提高釉料的抗龜裂性能，還因氧化鋯的化學惰性大，能提高釉料的化學穩定性和抗酸堿侵蝕的能力，有時也被用來制作乳濁釉。
（5）玻璃，氧化鋯具有良好的光學性能，是光學透鏡的添加劑。高純氧化鋯作為真空鍍膜材料用于矯正因多層膜涂料所造成的攝影機透鏡的色散，以及用于防止眼鏡片的不規則反射。
在一些特種玻璃制造中，使用鋯英砂(ZrSiO4)和單斜鋯（ZrO2)。如：用ZrO2替代鉛水晶玻璃中的PbO制成鋯水晶玻璃，還有光學玻璃(ZrO2含量5%)，實驗室玻璃(ZrO2含量3.5%)，醫學用玻璃(ZrO2含量2%)，抗腐蝕的玻璃纖維(ZrO2含量<16%)等，電視機及計算機的顯示屏面板必須加入ZrO2，以吸收陰極射線管發出的UV射線。
（6）其它領域包括在氧化鋯寶石材料、氧化鋯陶瓷首飾、催化劑等應用領域。
氧化鋯寶石材料分為天然立方氧化鋯和人工合成立方氧化鋯兩種。自然狀態下天然的立方氧化鋯極難尋找到，決定了其具有了寶石材料稀有性的特點，自然形成的立方氧化鋯顏色非常豐富，大顆優質的天然鋯石價格決不在同等的鉆石之下，是非常稀少的貴重天然寶石。人工合成立方氧化鋯光學性能良好，是廉價而有美麗的鉆石替代品。
氧化鋯陶瓷首飾目前主要有以下幾種類型：（1）鑲嵌了氧化鋯的銀首飾，在這里氧化鋯的范圍就比較寬廣，包括二氧化鋯石、工業二氧化鋯、高純二氧化鋯、穩定二氧化鋯、超細二氧化鋯、鋯英砂、鋯英粉等。（2）單純氧化鋯材料佩飾品，是目前裝飾陶瓷市場正悄然興起的一類產品，該類產品在歐、美、日和中國香港等地區均有很好的市場，特別在歐洲市場受到青睞。（3）兼有應用功能的佩飾品，典型的產品是陶瓷手表表殼、表圈、表帶等產品，國際知名品牌Chanel/香奈爾、RADO/雷達等手表均有全陶瓷款式，而且價格不菲。
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