新一代結構陶瓷正深受歡迎

在過去幾年中，結構陶瓷一直保持強勁而且持續的增長，這種需求的增長不僅源于許多不同應用領域的增長，也源於人們對陶瓷材料科學的探索和關注。隨著需求持續增長，人們需要更堅固，更耐用，更輕，更耐高低溫的材料來完成更多不可能的任務。材料製造商必須尋求新的創新工藝來生產下一代陶瓷。

在陶瓷材料類型方面，氧化鋯，氧化鋁（Al2O3），碳化矽（SiC），鋁和氮化矽（AlN和Si3N4）以及鋁-鋯氧化物複合物（通常稱為ATZ韌化氧化鋯）和ZTA（氧化鋯增韌氧化鋁））是最常用的。隨著科技的進步，一種新型的結構陶瓷材料也進引起了人們的廣泛關注，它被應用於航空航太工業及國防等精密工業中，這種陶瓷材料就是鎢酸鋯。

鎢酸鋯瓷是一種奇特的材料，它有何不一樣呢？正常來說，熱脹冷縮是大多數材料的物理現象，然而鎢酸鋯陶瓷材料卻能表現出熱縮冷脹的物理現象，人們將這種材料稱之為近零負熱膨脹材料。

氧化鋯陶瓷具有優異的力學性能而被廣泛的用做於結構件，而鎢酸鋯負膨脹係數高，其在0.3～1050K的溫度區間內始終保持負熱膨脹特性，且表現為各向同性，這些優異的性質為鎢酸鋯的廣泛應用奠定了良好的基礎。人們通常的應用是將氧化鋯（或氧化鋁）與鎢酸鋯按照一定的比例複合，即可實現低膨脹性能同時也能保持其承載功能，實現材料的結構功能一體化。低膨脹的ZrO₂/ZrW₂O₈陶瓷基複合材料由於其較低的熱膨脹係數而在精密儀器製造、光學、 航空航太、電子等領域具有廣泛的應用前景。

鎢酸鋯“熱縮冷脹”的原因是由於鎢酸鋯自身的結定的，其關鍵字就是“立方晶體”。ZrW₂O₈結構屬於立方晶系，該化合物可以看成是由配位元八面體金屬—氧原子-金屬（M—O—M）中氧原子的橫向熱運動：假如M-O鍵很強，在受熱時鍵長和鍵角幾乎不會發生畸變，氧原子的振動將會垂直於兩個金屬原子的連線，ZrO6八面體與WO4四面體通過氧原子共頂角連接，組成具有高度伸縮性的骨架結構，多面體中Zr-O鍵和W-O鍵的結合力很強，它們組成的八面體和四面體本身也不易變形，但是ZrO₆八面體和WO₄四面體之間的鍵合力卻較小，兩種多面體之間容易發生耦合轉動。隨著溫度升高，氧原子的橫向振動不斷加劇，使共頂角的ZrO₆和WO₄多面體發生耦合轉動，結果使非鍵合的Zr和之間距離減小，從而體積不斷收縮，導致“冷脹熱縮”的負熱膨脹效應。這也是為什麼在製造鎢酸鋯複合材料或鎢酸鋯陶瓷材料時，科學家會一直強調鎢酸鋯原材料必須是 “立方晶體系”的原因。

近零膨脹陶瓷的使用範圍廣泛，這類材料還有氧化鋯和氧化鋁等，各有其特點，但總體評價，鎢酸鋯在高溫高寒環境下的負熱膨脹性，穩定性，機械性能、斷裂韌性及導電導熱性能等各方面的表現都是出類拔萃的，除了價格稍貴。有科學家認為，待以時日，鎢酸鋯能降低制取成本，以鎢酸鋯為基礎的近零負熱膨脹陶瓷材料將帶動航空航太設備、鐳射設備、光學通訊系統和微電子器件產業的大範圍升級。

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