Qu'est-ce que l'oxyde de zirconium
L'oxyde de zirconium (ZRO2), également connu sous le nom de zircone, est l'un des matériaux céramiques avancés les plus étudiés et les plus utilisés. Par rapport à d'autres matériaux techniques en céramique, la caractéristique la plus importante de l'oxyde de zirconium est sa ténacité à forte fracture extrêmement élevée, ce qui lui fait une super usure et une résistance à l'impact, il est également nommé "acier céramique".
La faible conductivité thermique est une autre propriété inégalée de la céramique de zircone, attribuée à son grand nombre de pores microscopiques et de structure cristalline. Cette structure cristalline en céramique particulière donne à la zircone un excellent effet d'isolation thermique.
La structure de l'oxyde de zirconium (ZRO2)
Les céramiques d'oxyde de zirconium ont trois phases différentes en raison des changements de température, qui sont:
※ De la température ambiante à 1170 ℃, il s'agit de la phase monoclinique (M-Zro2);
※ Entre 1170 ℃ et 2370 ℃, il est transformé en phase tétragonale (T-Zro2);
※ Lorsque la température dépasse 2370 ℃, elle est transformée en une phase cubique (C-ZRO2).
Les trois phases de la zircone en céramique peuvent être transformées les unes dans les autres à différentes températures. Les mêmes pièces céramiques de zircone avec différentes phases ont différentes tailles, volumes et propriétés mécaniques et chimiques.
Autres avantages de la zircone (ZRO2)
※ Haute résistance: la résistance à la compression peut atteindre plus de 1000 MPA, supérieure à 5 fois celle de l'acier.
※ Résistance à haute température: la température de service de la zircone peut être jusqu'à 1000 ℃
※ Haute densité: c'est un matériau en céramique très dense, la densité est jusqu'à 6,1 g / cm3
※ La dureté élevée: le mohs de la dureté en céramique d'oxyde de zirconium est jusqu'à 8,5, similaire au saphir
※ Résistance à la corrosion: ZRO2 ne réagit pas avec la plupart des acides, des alcalis, des sels et d'autres produits chimiques
※ Propagation de fissure résistante: c'est la vraie cause de la raison pour laquelle la céramique Zirconia Zro2 a une superbe ténacité de fracture.
※ Auto-lubricité: la céramique à l'oxyde de zirconium a un coefficient de frottement beaucoup plus faible; ce n'est que la moitié de la céramique en alumine
※ Plus fine surface: la densité beaucoup plus élevée et la compacité élevée de l'oxyde de zirconium rendent la texture du corps en céramique
※ Résistant au métal fondu: la céramique ZRO2 n'est pas facilement mouillée par le métal liquide, il est donc très résistant à la corrosion dans le métal fondu.
※ Isolation électrique: la céramique ZRO2 a une résistivité élevée à température ambiante et peut être utilisée comme isolant en céramique, mais lorsque la température de fonctionnement dépasse 650 ℃, elle deviendra un conducteur électrique.
Types de matériaux en zircone
Dopé avec différents stabilisateurs ont un impact significatif sur les matériaux en zircone. Selon les principales catégories de stabilisateurs, la céramique en zircone peut être divisée en trois types:
1. Zircone stabilisée Yttria: (YSZ)
Matériau d'oxyde de zirconium (ZRO2) préparé en ajoutant 3 mol de dioxyde d'yttrium appelé yttria partiellement stabilisé de la zircone. YSZ Zirconia présente une structure cristalline tétragonale stable à température ambiante et a une résistance élevée, une résistance à la corrosion, une résistance à haute température, une bonne biocompatibilité, une résistance à l'usure et une bonne conductivité ionique. Avec l'augmentation de la teneur en Y2O3, la céramique stabilisée en zircone peut être transformée en phase tétragonale (partiellement stabilisée) en phase cubique, c'est-à-dire la zircone entièrement stabilisée (FSZ)
2. Zircone stabilisée en magnésium (MSZ)
L'ajout d'une quantité appropriée d'oxyde de magnésium à l'oxyde de zirconium peut ajuster ses performances. La zircone stabilisée en magnésium a une bonne résistance mécanique, une stabilité thermique et une stabilité chimique.
3. Zircone stabilisée en cérium (CSZ)
Cette céramique endurci est faite en utilisant l'oxyde de cérium comme stabilisateur, dopé uniformément en zircone à une teneur moléculaire de 8% à 16%.
| Propriété | Unité | 3y-tzp | MSZ | Ce-tzp |
| Résistance diélectrique | AC - KV / mm | 11.7 | 9.4 | 9.8 |
| Constante diélectrique à 1 MHz | (E) | 29 | 28 | 29.2 |
| Perte diélectrique à 1 MHz | --- | 0,001 | 0,0018 | - |
| Résistivité du volume, 25 ℃ | ohm. cm | 1 * 10 13 | 1 * 10 13 | 1 * 10 13 |
| Résistivité du volume, 500 ℃ | 1 * 10 7 | 1 * 10 7 | 1 * 10 7 | |
| Résistivité du volume, 1000 ℃ | ＜ 1 * 10 3 | ＜ 1 * 10 3 | ＜ 1 * 10 3 |
Applications de la céramique en zircone
1. Applications typiques de la zircone YSZ
YSZ Zirconia est la plus largement utilisée de toutes les catégories en zircone. Ses applications incluent:
※ Pièces d'usure en céramique
※ Vannes de billes et sièges en zircone
※ joints de pompe et roulements d'arbre
※ pile à combustible à oxyde solide (SOFC)
※ Précision ZRO2
※ Outils et lames de coupe en céramique
Capteur d'oxygène, capteur d'oxyde d'azote
※ Rouleaux en céramique et guides pour la formation de fil
※ Guides de fil en céramique et de fil pour machines textiles
※ Céramique fonctionnelle et composantes de céramique structurelle
2. Applications typiques de la zircone MSZ
※ Applications d'ingénierie: joints mécaniques, décès d'estampage et extrusion et pièces d'usure
※ Dispositif de communication optique: manches en céramique, capillaire en céramique, porte-céramique
※ Science biomédicale: matériaux de réparation des tissus osseux, biocapteurs, fracture fixe interne et porteurs de médicaments
※ Réfractages: pièces de four à haute température, pièces en céramique pour moteurs aérospatiales et matériaux structurels pour le vaisseau spatial
3. Applications typiques de la zircone CSZ
※ Medium de meulage: Convient pour broyer toutes sortes de matériaux à haute viscosité
※ Pièces en céramique structurelle: principalement utilisées dans les occasions de résistance à haute dureté à haute température
※ Systèmes catalytiques automobiles: la zircone stabilisée de la Ceria car le porte-catalyseur peut améliorer l'efficacité catalytique et réduire les émissions de polluants
Réflexions finales
Grâce à ses excellentes propriétés mécaniques et thermiques, son inertie chimique et sa stabilité à haute température, l'utilisation de la céramique en zircone sera encore approfondie et élargie avec l'innovation de la science et de la technologie et l'amélioration continue des processus de production, évoluant vers des performances plus élevées, plus fonctions diversifiées et faible coût du matériau en céramique avancé.