一、技术背景

随着4G、5G及NG时代的到来，保证了氧化锆陶瓷插芯产品长期持续发展势头，经济利益价值极其可观。作为光通信系列产品中光纤连接器的核心器件——氧化锆陶瓷插芯的市场需求量也随之剧增，因氧化锆材料与石英光纤热匹配性好，理化性能稳定，具有高品质、低成本、节能高效等优点，从而成为光纤连接器插芯的首选材料，同时也是光通信系统中最普遍和使用量最大的基础无源器件。

目前我国所有的厂家生产氧化锆陶瓷粉体属于低端材料，大部分用化学沉淀法工艺生产的材料，市场售价大约在12万／吨左右，如广东东方锆业和宜兴亚洲锆业。以上材料不能满足光纤插芯和高强度陶瓷系列产品，所以国内制造高强度陶瓷产品的材料全部需要国外进口，比如国内的氧化锆陶瓷插芯一直依赖于掌握该技术的日本进口。

光通信对氧化锆插芯的精度、表面粗糙度、成品的杂质数量以及产品的稳定性要求都非常高，因此对水热合成法生产的氧化钇稳定氧化锆纳米级陶瓷粉体材料(以下简称YSZ材料或氧化锆粉料)的要求几近苛刻。

基于以上问题的研究，上海交通大学陶景超博士团队攻克了水热合成法生产氧化钇稳定氧化锆纳米级材料的新工艺，从而成为全球第二家掌握此技术的工业企业，超越了日本同行，比日企有着显著的技术优势和成本优势，并已投入批量生产。高性能纳米陶瓷粉体的诞生，解决了我国长期向国外进口的局面。比如我国有部分产业迫切需要使用高性能氧化锆陶瓷材料，但国外是禁止对我国出口。

另外，该团队还获得了至关重要的多项发明专利：《自发水热法制备陶瓷牙齿专用复合纳米陶瓷粉体》（ZL 200910050113.1）和《光纤插芯、光纤套管用钇锆复合纳米陶瓷粉体及生产工艺》（ZL 200910051593.3），填补了国家高科技技术专项项目的空白。

二、技术原理

本技术采用水热合成技术生产YSZ粉体材料。水热法是指在一定温度和压力下进行反应，一些在常温常压下不能生成的反应在水热的条件下能很容易的实现。在本项目中，正是利用水热反应和水热结晶的原理来制备粉体。

第一步，水热合成     

这一步是利用NH4HCO3这种弱酸弱碱盐来取代传统的氨水来作为沉淀剂，可以使Zr4+以及掺杂的Y3+与NH4HCO3中的OH-离子缓慢的形成溶胶凝胶态的Zr(OH)4。这种胶体形式为超细粒子的制备打下良好基础。

第二步，水热结晶    

这种结晶方式区别于传统的高温煅烧法，是在溶液状态下完成的。在水热条件下的结晶非常均匀，完美，几乎没有晶体缺陷，而且没有团聚。

三、应用影响

从日用品来看，陶瓷刀在市场上一经推出，就深受众多国内外消费者的喜爱，已经是每个家庭不可缺少的厨房用品。具有传统金属刀具所无法比拟的优点——高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化等。

在医疗方面，高性能纳米氧化锆材料可广泛用于制造陶瓷手术刀、陶瓷牙齿、人造陶瓷关节义肢等医疗用品。

• 高强度陶瓷制作的人造骨骼具有对生物体无毒，适于体内安全使用；对生物体和细胞有良好的适应性和亲和性，不会产生副作用； 耐人体体液腐蚀；耐长期使用过程中的磨损；具有人体运动所必须的强度、韧性等力学性能；喷涂层的多孔性和粗糙表面有利于生物体组织向人工骨骼表面的生长和亲和。因此，高强度陶瓷制作的人工骨骼，是比较理想的人工骨骼材料，已在人体股骨、髋关节、肘关节、骨盆、人造牙齿等方面临床应用试验成功，美国人称为“医学生物功能材料的一场革命。

• 高强度陶瓷医疗手术刀相对于传统手术刀具有无磁、无静电、寿命长、精度高；与人体组织有良好的生物相容性、酸血不浸润、易消毒、无毒、无刺激、无抗体反应，而且没有金属扩散物感染伤口，刀口可快速愈合，术后无明显伤痕，这些都是传统医疗手术刀所无法比拟的特点，因而具有广阔的市场前景。

在工业方面，高性能纳米氧化锆材料可用于制造汽车、轮船和飞机上使用的高端陶瓷传感器，陶瓷轴承等。高端陶瓷传感器相对于传统的传感器具有较为坚固的陶瓷敏感膜片；零点、满量程激光标定；具有卓越的抗腐蚀、抗磨损性能，抗冲击、抗震动，高精度、高稳定性；工作温度范围宽；体积小巧，易封装等特点。

从电子行业来看，高性能纳米氧化锆材料可用于陶瓷电容、陶瓷元器件等。陶瓷电容因具有体积小、容量大、耐热性好、高频使用时损失率低、适合大量生产、价格低廉及稳定性高等特性，在一切讲求轻、薄、短、小产品化的发展趋势及表面黏著技术(SMT)应用日益普及下，发展空间较大。

在高端装备制造业中高性能纳米氧化锆材料在生产制作陶瓷轴承、高档汽车刹车片、高档陶瓷手表配件等方面也具有较大的市场需求。

国内科研院校对水热法制备YSZ材料的研究也已经开展了不少时间。除了上海交通大学以外，主要有上海硅酸盐研究所、北京有色金属研究院、清华大学陶瓷材料研究中心。这些单位都已经有了一定的研究成果，但由于技术装备的局限都还未产业化。