二氧化锆由于其优异的性能,比如硬度高、韧性好、抗氧化性强、热导率低、热膨胀系数高,以及良好的耐磨性和抗腐蚀性,优良的化学、机械和热稳定性等,从而被广泛应用于结构陶瓷、功能陶瓷、核技术以及生物医学等领域。比如制作刀具、磨具,作为氧传感器、固体氧化物燃料电池、高温发热体,以及用作核燃料包壳、压力管和孔道管壳层,氧化锆牙种植体、牙齿耐磨防腐保护层等。本论文采用纯水基溶胶-凝胶法制备二氧化锆材料,包括纳米粉体和纳米涂层,主要研究溶胶的热学性能、粉体的微观性能和涂层的力学性能。采用热重/差示扫描量热法（TGA/DSC）分析二氧化锆溶胶在加热过程中的分解情况,从而确定粉体煅烧温度和涂层退火温度。对于二氧化锆纳米粉体,利用X射线衍射（XRD）表征其晶体结构,分析温度对相变的影响,当煅烧温度为430℃时,ZrO₂晶化为四方相结构;场发射扫描电镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对粉体的形貌、晶粒尺寸和晶体结构进行了分析,结果显示粉体形貌为尺寸均匀的球形颗粒,平均粒径为5-10 nm;最后采用紫外-可见光吸收仪分析纳米粉体对光的吸收特性,并且计算了其禁带宽度为5.34 eV,与大多数文献中报道的t-ZrO₂禁带宽度值一致。对于二氧化锆纳米涂层,首先估算涂层厚度大约为350 nm;然后采用掠入射X射线衍射（GIXRD）表征其晶体结构,结果发现,当退火温度为450℃时,ZrO₂涂层呈现非晶态,当退火温度达到600℃时,涂层晶化为四方相结构;采用纳米压痕仪测试涂层的硬度和弹性模量,发现四方相ZrO₂涂层硬度和弹性模量明显高于钛合金,改善了钛合金基底硬度低和抗磨损特性;通过划痕实验结合划痕形貌,对涂层和钛合金基底之间的结合力进行对比分析,发现涂层与基底之间结合牢固,涂层不易剥落,且退火温度越高,膜基结合力越大;最后由电化学腐蚀实验对涂层的耐腐蚀性能进行测试,通过对动电位极化曲线的分析,可以得知ZrO₂涂层改善了钛合金基体的抗腐蚀性能,非晶态的涂层效果更明显。