新一代结构陶瓷正深受欢迎

在过去几年中，结构陶瓷一直保持强劲而且持续的增长，这种需求的增长不仅源于许多不同应用领域的增长，也源于人们对陶瓷材料科学的探索和关注。随着需求持续增长，人们需要更坚固，更耐用，更轻，更耐高低温的材料来完成更多不可能的任务。材料制造商必须寻求新的创新工艺来生产下一代陶瓷。

在陶瓷材料类型方面，氧化锆，氧化铝（Al2O3），碳化硅（SiC），铝和氮化硅（AlN和Si3N4）以及铝-锆氧化物复合物（通常称为ATZ韧化氧化锆）和ZTA（氧化锆增韧氧化铝））是最常用的。随着科技的进步，一种新型的结构陶瓷材料也进引起了人们的广泛关注，它被应用于航空航天工业及国防等精密工业中，这种陶瓷材料就是钨酸锆。

钨酸锆瓷是一种奇特的材料，它有何不一样呢？正常来说，热胀冷缩是大多数材料的物理现象，然而钨酸锆陶瓷材料却能表现出热缩冷胀的物理现象，人们将这种材料称之为近零负热膨胀材料。

氧化锆陶瓷具有优异的力学性能而被广泛的用做于结构件，而钨酸锆负膨胀系数高，其在0.3～1050K的温度区间内始终保持负热膨胀特性，且表现为各向同性，这些优异的性质为钨酸锆的广泛应用奠定了良好的基础。人们通常的应用是将氧化锆（或氧化铝）与钨酸锆按照一定的比例复合，即可实现低膨胀性能同时也能保持其承载功能，实现材料的结构功能一体化。低膨胀的ZrO₂/ZrW₂O₈陶瓷基复合材料由于其较低的热膨胀系数而在精密仪器制造、光学、 航空航天、电子等领域具有广泛的应用前景。

钨酸锆“热缩冷胀”的原因是由于钨酸锆自身的结定的，其关键词就是“立方晶体”。ZrW₂O₈结构属于立方晶系，该化合物可以看成是由配位八面体金属—氧原子-金属（M—O—M）中氧原子的横向热运动：假如M-O键很强，在受热时键长和键角几乎不会发生畸变，氧原子的振动将会垂直于两个金属原子的连线，ZrO6八面体与WO4四面体通过氧原子共顶角连接，组成具有高度伸缩性的骨架结构，多面体中Zr-O键和W-O键的结合力很强，它们组成的八面体和四面体本身也不易变形，但是ZrO₆八面体和WO₄四面体之间的键合力却较小，两种多面体之间容易发生耦合转动。随着温度升高，氧原子的横向振动不断加剧，使共顶角的ZrO₆和WO₄多面体发生耦合转动，结果使非键合的Zr和之间距离减小，从而体积不断收缩，导致“冷胀热缩”的负热膨胀效应。这也是为什么在制造钨酸锆复合材料或钨酸锆陶瓷材料时，科学家会一直强调钨酸锆原材料必须是 “立方晶体系”的原因。

近零膨胀陶瓷的使用范围广泛，这类材料还有氧化锆和氧化铝等，各有其特点，但总体评价，钨酸锆在高温高寒环境下的负热膨胀性，稳定性，机械性能、断裂韧性及导电导热性能等各方面的表现都是出类拔萃的，除了价格稍贵。有科学家认为，待以时日，钨酸锆能降低制取成本，以钨酸锆为基础的近零负热膨胀陶瓷材料将带动航空航天设备、激光设备、光学通讯系统和微电子器件产业的大范围升级。

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