ما هو أكسيد الزركونيوم
يعد أكسيد الزركونيوم (ZRO2) ، والمعروف أيضًا باسم الزركونيا ، أحد أكثر المواد السيراميكية المتقدمة التي تمت دراستها واستخدامها. مقارنةً بالمواد الخزفية الفنية الأخرى ، فإن أبرز ميزة أكسيد الزركونيوم هي صلابة الكسر العالية للغاية ، مما يجعله يلبس مقاومة فائقة وتأثير ، لذلك يسمى أيضًا "الصلب السيرامي".
الموصلية الحرارية المنخفضة هي خاصية أخرى لا مثيل لها للسيراميك الزركونيا ، المنسوبة إلى عدد كبير من المسام المجهرية والبنية البلورية. هذا الهيكل البلوري للسيراميك يعطي الزركونيا تأثير عزل حراري ممتاز.
هيكل أكسيد الزركونيوم (ZRO2)
تحتوي سيراميك أكسيد الزركونيوم على ثلاث مراحل مختلفة بسبب التغيرات في درجة الحرارة ، وهي:
※ من درجة حرارة الغرفة إلى 1170 ℃ ، فهي مرحلة أحادية (M-ZRO2) ؛
※ بين 1170 ℃ و 2370 ℃ ، يتم تحويله إلى مرحلة رباعي (T-Zro2) ؛
※ عندما تتجاوز درجة الحرارة 2370 ℃ ، يتم تحويلها إلى مرحلة مكعب (C-Zro2).
يمكن تحويل المراحل الثلاث من الزركونيا الخزفية إلى بعضها البعض في درجات حرارة مختلفة. نفس أجزاء السيراميك زركونيا مع مراحل مختلفة لها أحجام وأحجام مختلفة وخصائص ميكانيكية وكيميائية.
مزايا أخرى من الزركونيا (ZRO2)
※ قوة عالية: يمكن أن تصل قوة الضغط إلى أكثر من 1000 ميجا باسكال ، أعلى من 5 أضعاف من الصلب.
※ مقاومة درجات الحرارة العالية: يمكن أن تصل درجة حرارة خدمة الزركونيا إلى 1000 ℃
※ الكثافة العالية: إنها مادة خزفية كثيفة للغاية ، وكثافة تصل إلى 6.1 جم/سم 3
※ الصلابة العالية: تصل صلابة الخزون من أكسيد الزركونيوم إلى 8.5 ، على غرار الياقوت
※ مقاومة التآكل: لا يتفاعل Zro2 مع معظم الأحماض والقلويات والأملاح والمواد الكيميائية الأخرى
※ انتشار الكراك المقاوم: إنه السبب الحقيقي للسبب في أن الخزف الزركوني Zro2 لديه صلابة كسر رائع.
※ التركيب الذاتي: يحتوي سيراميك أكسيد الزركونيوم على معامل احتكاك أقل بكثير ؛ انها فقط ½ من السيراميك الألومينا
※ سطح جيد أكثر: الكثافة العالية والضغط العالي لأكسيد الزركونيوم تجعل نسيج الجسم الخزفي غرامة
※ مقاومة للمعادن المنصهرة: لا يمكن ترطيب السيراميك Zro2 بسهولة عن طريق المعدن السائل ، لذلك فهو مقاوم للغاية للتآكل في المعادن المنصهرة.
※ العزل الكهربائي: يتمتع سيراميك ZRO2 بمقاومة عالية في درجة حرارة الغرفة ويمكن استخدامه كعازل للسيراميك ، ولكن عندما تتجاوز درجة حرارة التشغيل 650 ℃ ، ستصبح موصلًا كهربائيًا.
أنواع مواد الزركونيا
مخدر مع مثبتات مختلفة لها تأثير كبير على مواد الزركونيا. وفقًا للفئات الرئيسية للمثبتات ، يمكن تقسيم سيراميك الزركونيا إلى ثلاثة أنواع:
1. استقر yttria الزركونيا: (YSZ)
مادة أكسيد الزورونيوم (ZRO2) تم إعدادها بإضافة 3 مول من ثاني أكسيد يتريوم يسمى yttria zirconia استقرت جزئيا. يقدم ysz Zirconia هيكلًا بلوريًا رباعيًا مستقرًا في درجة حرارة الغرفة وله قوة عالية ، ومقاومة للتآكل ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، والتوافق الحيوي الجيد ، ومقاومة التآكل ، والتوصيل الأيوني الجيد. مع زيادة محتوى Y2O3 ، يمكن تحويل سيراميك الزركونيا المستقر من الطور رباعي (مستقر جزئيًا) إلى الطور المكعب ، أي الزركونيا المستقرة بالكامل (FSZ)
2. استقر المغنيسيوم الزركونيا (MSZ)
يمكن لإضافة كمية مناسبة من أكسيد المغنيسيوم إلى أكسيد الزركونيوم ضبط أدائه. الزركونيا المستقر المغنيسيوم لديه قوة ميكانيكية جيدة ، والاستقرار الحراري ، والاستقرار الكيميائي.
3. الزركونيا المستقر السيريوم (CSZ)
يتم تصنيع هذا السيراميك المتشدد باستخدام أكسيد السيريوم كثبات ، مخدر بشكل موحد في الزركونيا في محتوى جزيئي من 8 ٪ إلى 16 ٪.
| ملكية | وحدة | 3y-TZP | MSZ | CE-TZP |
| القوة العازلة | AC - kv/mm | 11.7 | 9.4 | 9.8 |
| ثابت العزل الكهربائي @ 1MHz | (هـ) | 29 | 28 | 29.2 |
| الخسارة العازلة @ 1MHz | --- | 0.001 | 0.0018 | - |
| مقاومة الحجم ، 25 ℃ | أوم. سم | 1*10 13 | 1*10 13 | 1*10 13 |
| مقاومة الحجم ، 500 ℃ | 1*10 7 | 1*10 7 | 1*10 7 | |
| مقاومة الحجم ، 1000 ℃ | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 |
تطبيقات السيراميك الزركونيا
1. التطبيقات النموذجية ل ysz الزركونيا
YSZ Zirconia هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في جميع فئات الزركونيا. تشمل تطبيقاتها:
※ أجزاء ارتداء السيراميك
※ صمامات كرة الزركونيا والمقاعد
※ مضخة الأختام ومحامل العمود
※ خلية وقود الأكسيد الصلبة (SOFC)
※ فوهات السيراميك الدقيقة Zro2
※ أدوات قطع السيراميك والشفرات
مستشعر الأكسجين ، مستشعر أكسيد النيتروجين
※ بكرات السيراميك وأدلة لتشكيل الأسلاك
※ مؤشر ترابط السيراميك وأدلة الغزل لآلات النسيج
※ السيراميك الوظيفي ومكونات السيراميك الهيكلي
2. التطبيقات النموذجية لزركونيا MSZ
※ التطبيقات الهندسية: الأختام الميكانيكية ، وفاة الختم والبثق وارتداء الأجزاء
※ جهاز الاتصال البصري: الأكمام الخزفية ، والشعيرات الخزفية ، وحاملي السيراميك
※ العلوم الطبية الحيوية: مواد إصلاح الأنسجة العظمية ، المستشعرات الحيوية ، المثبت الداخلي للكسر ، وناقلات الأدوية
※ الحرصات: أجزاء الفرن ذات درجة الحرارة العالية ، والأجزاء الخزفية لمحركات الطيران ، والمواد الهيكلية للمركبة الفضائية
3. التطبيقات النموذجية لـ CSZ Zirconia
※ وسيط طحن: مناسب لطحن جميع أنواع المواد عالية اللزوجة
※ الأجزاء الخزفية الهيكلية: تستخدم بشكل رئيسي في مناسبات المقاومة عالية الصلابة ،
※ أنظمة تحفيزية السيارات: استقرت ceria Zirconia كحامل محفز يمكن أن يحسن الكفاءة الحفزية وتقليل انبعاث الملوثات
الأفكار النهائية
بفضل خصائصها الميكانيكية والحرارية الممتازة ، الارض الكيميائي ، واستقرار درجات الحرارة العالية ، سيتم تعميق السيراميك الزركونيا بشكل أكبر وتوسيعه مع ابتكار العلوم والتكنولوجيا والتحسين المستمر في عمليات الإنتاج وظائف متنوعة ، وتكلفة منخفضة للمواد السيراميك المتقدمة.