纳米氧化锆陶瓷具有优异的强度、韧性、耐腐蚀和超塑性，其中，氧化钇稳定的四方氧化锆陶瓷作为工程结构材料受到广泛关注。制备高致密度纳米陶瓷的关键在于烧结过程中对晶粒生长的控制。传统的烧结方法容易出现晶粒异常长大现象，因此，针对纳米粉体的烧结，必须采用特殊方法。
目前主要集中在放电等离子烧结、热等静压烧结、微波烧结、超高压烧结和真空烧结等。但是这些烧结方法的局限性和高成本，极大限制了纳米陶瓷的广泛应用。Chen等提出了烧结纳米陶瓷的新方法—两步烧结法。即将样品加热到较高温度以获得一定密度，然后快速冷却到一个较低温度，并长时间保温，在此温度下，晶界扩散可继续进行，但晶界迁移却受到抑制。现有研究可以利用共沉淀法制备3Y-TZP粉体，采用两步烧结法制备高致密度纳米3Y-TZP陶瓷，对两步烧结法的烧结机理进行了分析，并对烧结过程中晶粒长大和致密化进行了初步探讨。
化学试剂分别为分析纯的ZrOCl2·8H2O、Y(NO3)3·6H2O、聚乙二醇1000和
NH3·H2O。首先，分别配制0.1mol/L的ZrOCl2·8H2O和Y(NO3)3·6H2O水溶液，按ZrO2和Y2O3摩尔比为97:3配制混合溶液。将混合溶液缓慢滴加到浓度为25g/L的过量NH3·H2O溶液中，滴加完成后，继续搅拌，得到白色糊状沉淀。将沉淀真空抽滤，并依次用蒸馏水和乙醇进行清洗，再经过干燥、研磨，并在600℃保温2h煅烧后，得到3Y-TZP粉体。
称取一定量的3Y-TZP粉体装入不锈钢模具中，经单轴干压成型为φ13mm×1.5mm的圆片状坯体。采用两种工艺进行烧结：第一种是常规烧结法，即以5℃/min的升温速率升到设定温度，保温一定时间后自然冷却；第二种是两步烧结法，即先将素坯以5℃/min的升温速率升到某一较高温度，然后以10℃/min的冷却速率降到一较低温度，经长时间保温后再自然冷却。
采用共沉淀法制备纳米3Y-TZP粉体，粉体的平均粒径随煅烧温度的升高而增大。在600℃煅烧2h后，晶粒发育良好，均匀分散，团聚较少，平均晶粒尺寸在13nm左右，在烧结后期由于晶界的迁移作用，晶粒明显长大。而两步烧结法通过控制煅烧温度，利用晶界扩散和晶界迁移动力学之间的差异，抑制晶粒长大，在晶粒无显著生长前提下实现致密化。采用两步烧结工艺，将素坯加热至1200℃后，再降温到1050℃保温35h，可获得晶粒尺寸约为100nm的高致密度纳米3Y-TZP陶瓷。(欣然)


备注：数据仅供参考，不作为投资依据。