視頻一：小米MIX手機陶瓷中框,、后板跌落實驗

來源于騰訊視頻,，ID：手機君

視頻二：小米MIX手機陶瓷中框和陶瓷杯跌落對比

 來源于騰訊視頻，ID：有理有條今日一條

問題來了,，為何小米MIX陶瓷邊框未摔碎,？

這主要歸功于小米MIX手機陶瓷外殼原材料二氧化鋯，下面我們一起來了解二氧化鋯材料：

鋯在地殼中的儲量超過 Cu,、Zn、Sn,、Ni 等金屬的儲量,，資源豐富。世界上已探明的鋯資源約為 1900 萬噸（以金屬鋯計）,，礦石品種約有 20 種,，主要含有如下幾種化合物：

（1）二氧化鋯（單斜鋯及其各種變體）,；

（2）正硅酸鋯（鋯英石及其各種變體）；

（3）鋯硅酸鈉,、鈣,、鐵等化合物（異性石、負異性石,、鋯鉆石）,。

圖：ZrO2粉體，來源于百度百科

異性石和負異性石礦中含鋯量非常低,，無工業(yè)價值,，因而鋯的主要來源為單斜鋯礦和鋯英石礦，其中以鋯英石礦分布廣,。純 ZrO2 為白色,，含雜質(zhì)時呈黃色或灰色，一般含有 HfO2,，不易分離,。單斜 ZrO2 密度5.6g/cm3，熔點2715℃,。

ZrO2具有熔點和沸點高,、硬度大、常溫下為絕緣體,、而高溫下則具有導(dǎo)電性等優(yōu)良性質(zhì),。上個世紀二十年代開始就被用來作為熔化玻璃、冶煉鋼鐵等的耐火材料,，從上個世紀七十年代以來,，隨著對 ZrO2 有了更深刻的了解，人們進一步研究開發(fā) ZrO2 作為結(jié)構(gòu)材料和功能材料,。

圖：三環(huán)納米級微晶鋯粉體SEM照片

1975年,，澳大利亞 R．G．Garvie 以 CaO 為穩(wěn)定劑制得部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷（Ca-PSZ），并首次利用 ZrO2 馬氏體相變的增韌效應(yīng)提高了韌性和強度,，極大的擴展了 ZrO2 在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用,。

1973年，美國 R．Zechnall,， G．Baumarm,，H．Fisele 制得 ZrO2 電解質(zhì)氧傳感器，此傳感器能正確顯示汽車發(fā)動機的空氣,、燃料比,，1980 年把它應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)。

1982年,，日本絕緣子公司和美國 Cummins 發(fā)動機公司共同開發(fā)出ZrO2 節(jié)能柴油機缸套,。自此,，ZrO2 高性能陶瓷的研究和開發(fā)獲得了許多進展。

在常壓下，純 ZrO2 共有三種晶態(tài)：單斜（Monoclinic）氧化鋯（m-ZrO2）,、四方（Tetragonal）氧化鋯（t-ZrO2）和立方（Cubic）氧化鋯（c-ZrO2）,，上述三種晶型存在于不同的溫度范圍，并可以相互轉(zhuǎn)化：

ZrO2四方相與單斜相之間的轉(zhuǎn)變是馬氏體相變,，由于四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕鄷r有 3~5%的體積膨脹和 7~8%的切應(yīng)變,。因此，純 ZrO2 制品往往在生產(chǎn)過程（從高溫到室溫的冷卻過程）中會發(fā)生 t-ZrO2 轉(zhuǎn)變?yōu)?m-ZrO2 的相變并伴隨著體積變化而產(chǎn)生裂紋,，甚至碎裂,，因此無多大的工程價值。

但是,，當加入適當?shù)姆€(wěn)定劑（如 Y2O3,MgO2,CaO,CeO2 等）后,，可以降低 c-ZrO2 →t-ZrO2 與 t-ZrO2→ m-ZrO2 的相變溫度，使高溫穩(wěn)定的 c-ZrO2 和 t-ZrO2 相也能在室溫下穩(wěn)定或亞穩(wěn)定存在,。

當加入的穩(wěn)定劑足夠多時,，高溫穩(wěn)定的 c-ZrO2 可以一直保持到室溫不發(fā)生相變。進一步研究發(fā)現(xiàn)氧化鋯發(fā)生馬氏體相變時伴隨著體積和形狀的變化,，能吸收能量,，減緩裂紋尖端應(yīng)力集中，阻止裂紋的擴展,，提高陶瓷韌性。因此氧化鋯相變增韌陶瓷的研究和應(yīng)用得到迅速發(fā)展,。氧化鋯相變增韌陶瓷有三種類型,，分別為部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，四方氧化鋯多晶體陶瓷及氧化鋯增韌陶瓷：

當ZrO2 中穩(wěn)定劑加入量在某一范圍時,，高溫穩(wěn)定的 c-ZrO2 通過適當溫度下時效處理使 c-ZrO2 大晶粒（c 相）中析出許多細小紡錘狀的 t-ZrO2（t 相）晶粒,，形成 c 相和 t 相組成的雙相組織結(jié)構(gòu)。其中 c 相是穩(wěn)定的而 t 相是亞穩(wěn)定的并一直保存到室溫,。在外力誘導(dǎo)下有可能誘發(fā) t 相到 m 相的馬氏體相變并伴隨體積膨脹,，耗散部分能量、抵消了部分外力從而起到增韌作用,，稱為應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌,。這種陶瓷稱之為部分穩(wěn)定氧化鋯(partiallystabilized zirconia，PSZ),，當穩(wěn)定劑為CaO,、 MgO,、Y2O3 時，分別表示為 Ca-PSZ,、 Mg-PSZ,、Y-PSZ 等。

 
圖：應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌

當ZrO2 中穩(wěn)定劑加入量控制在適當量時可以使 t-ZrO2 以亞穩(wěn)狀態(tài)穩(wěn)定保存到室溫,，那么塊體氧化鋯陶瓷的組織結(jié)構(gòu)是亞穩(wěn)的 t- ZrO2 細晶組成的四方氧化鋯多晶體稱之為四方氧化鋯多晶體陶瓷(tetragonalzirconia polycrystal,，TZP)。在外力作用下可相變 t-ZrO2 發(fā)生相變,，增韌不可相變的 ZrO2 基體,，使陶瓷整體的斷裂韌性改善。當加入的穩(wěn)定劑是

Y2O3,、CeO2,，則分別表示為 Y-TZP、Ce-TZP 等,。

 
圖：0.1mm厚氧化鋯片彎折展示,，來源于潮州三環(huán)

如果在不同陶瓷基體中加入一定量的 ZrO2 并使亞穩(wěn)四方氧化鋯多晶體均勻的彌散分布在陶瓷基體中，利用氧化鋯相變增韌機制使陶瓷的韌性得到明顯的改善,。這種氧化鋯相變增韌陶瓷稱為氧化鋯(相變)增韌陶瓷(ZirconiaToughened Ceramics,，ZTC)。如果陶瓷基體是Al2O3 ,、莫來石（Mullite）等,，分別表示為 ZTA、ZTM 等,。

綜上所述,，氧化鋯陶瓷由于具備良好的韌性、表面處理性能等,，在手機等3C領(lǐng)域受到熱捧,！粉末成型圈下一篇文章為：氧化鋯陶瓷超細粉體的5大制備技術(shù)，敬請期待,！

圖：小米MIX手機陶瓷外殼,，艾邦智造拍攝于潮州三環(huán)展臺

文章來源于百度文庫，粉末成型圈編輯整理