氧化锆的晶体结构与化学性质

氧化锆通常状况下为白色无臭无味晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。一般常含有少量的二氧化铪。化学性质不活泼，但高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐火材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂亦是人工钻的主要原料。能带间隙大约为5-7eV。

结构

自然界中以少见的斜锆石存在，为单斜晶系结构。高熔点的立方氧化锆也是二氧化锆晶型之一，自然界以等轴钙锆钛矿（(Zr,Ti,Ca)O2）少量存在，但多为人工合成，用作钻石的替代品。二氧化锆还有另外一种四方晶系晶型。这三者之间的转变温度受杂质影响很大，因此很难确定，大致可分为以下阶段：常温下为单斜结晶，1170℃时转为四角正方结晶，2370℃以上成为立方结晶。

化学性质

氧化锆存在于天然的二氧化锆矿中。经由轻度灼烧所得的二氧化锆，比较容易被无机酸溶解；强热灼烧所得的二氧化锆只溶于浓硫酸和氢氟酸；经过熔融重结晶的二氧化锆只与氢氟酸作用。

二氧化锆是一种两性氧化物，与碱共熔可形成锆酸盐，但锆酸盐遇水容易水解为ZrO₂·xH₂O而沉淀。二氧化锆与碳和氯气高温反应，或者与四氯化碳反应，生成四氯化锆及二氯氧化锆，水解又得到二氧化锆。它在电弧中与碳作用生成碳化锆。

用途

二氧化锆在加热时发出强烈的白光，曾用作灯丝和汽油灯的网罩。熔融后的二氧化锆很硬，热膨胀系数很小，用它制作的搪瓷不会因温度骤变而破裂。二氧化锆还可做高温坩埚、耐火器皿和炉衬。掺有氧化镁的二氧化锆可用于制造高温玻璃。

合成方法

苏联发明的“冷坩埚”法至今仍是主要的合成方法。首先以铜管绕成杯状，铜管内注入冷却水。在杯内加入少量锆金属片，中间加入氧化锆及安定剂粉末，并加以压紧。整个设备以无线电频感应线圈包围。当感应线圈通电时，锆金属因感应产生电流，被加热至高温镕化，并传热至内部的氧化锆将其镕化。冷却水使杯中接近表面1-2mm的氧化锆维持固态。经过数小时加热后，逐渐减少热力，无瑕的柱状晶体开始形成。之后在1,400°C用长时间退火，消除晶体中的应力。经退火后的晶体通常为5cm长，2.5cm宽，便可以被切割成宝石。