Τι είναι το οξείδιο του ζιρκονίου
Το οξείδιο του ζιρκονίου (ZRO2), επίσης γνωστό ως ζιρκόνια, είναι ένα από τα πιο ευρέως μελετημένα και χρησιμοποιημένα προηγμένα κεραμικά υλικά. Σε σύγκριση με άλλα τεχνικά κεραμικά υλικά, το πιο προεξέχον χαρακτηριστικό του οξειδίου του ζιρκονίου είναι η εξαιρετικά υψηλή ανθεκτικότητα του θραύσης, γεγονός που το καθιστά σούπερ φθορά και αντοχή στην πρόσκρουση, επομένως ονομάζεται επίσης "κεραμικός χάλυβας".
Η χαμηλή θερμική αγωγιμότητα είναι μια άλλη απαράμιλλη ιδιότητα της κεραμικής ζιρκονίας, που αποδίδεται στον μεγάλο αριθμό μικροσκοπικών πόρων και κρυσταλλικής δομής. Αυτή η συγκεκριμένη κεραμική κρυσταλλική δομή δίνει σε ζιρκόνια ένα εξαιρετικό θερμομόριο φαινόμενο.
Η δομή του οξειδίου του ζιρκονίου (ZRO2)
Τα κεραμικά οξειδίου ζιρκονίου έχουν τρεις διαφορετικές φάσεις λόγω αλλαγών θερμοκρασίας, οι οποίες είναι:
※ Από τη θερμοκρασία δωματίου έως το 1170 ℃, είναι η μονοκλινική (M-Zro2) φάση.
※ Μεταξύ 1170 ℃ και 2370 ℃, μετατρέπεται σε τετραγωνική (T-Zro2) φάση.
※ Όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τα 2370 ℃, μετατρέπεται σε κυβική (C-Zro2) φάση.
Οι τρεις φάσεις της κεραμικής ζιρκόνιας μπορούν να μετατραπούν μεταξύ τους σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Τα ίδια κεραμικά μέρη ζιρκονίας με διαφορετικές φάσεις έχουν διάφορα μεγέθη, όγκους και μηχανικές και χημικές ιδιότητες.
Άλλα πλεονεκτήματα της Zirconia (ZRO2)
※ Υψηλή αντοχή: Η αντοχή σε θλίψη μπορεί να φτάσει πάνω από 1000MPa, πάνω από 5 φορές εκείνη του χάλυβα.
※ Αντίσταση υψηλής θερμοκρασίας: Η θερμοκρασία υπηρεσίας της ζιρκόνιας μπορεί να είναι έως 1000 ℃
※ Υψηλή πυκνότητα: Είναι ένα εξαιρετικά πυκνό κεραμικό υλικό, η πυκνότητα είναι μέχρι 6,1 g/cm3
※ Υψηλή σκληρότητα: Το MOHS του Κεραμικού Σκληρίου του Οξειδίου Ζιρκονίου είναι μέχρι 8,5, παρόμοια με το Sapphire
※ Αντίσταση διάβρωσης: Το ZRO2 δεν αντιδρά με τα περισσότερα οξέα, αλκάλια, άλατα και άλλα χημικά
※ Ανθεκτική διάδοση ρωγμών: Είναι η πραγματική αιτία του γιατί το Zirconia ZRO2 κεραμικό έχει υπέροχη σκληρότητα κατάγματος.
※ Αυτο-Λάγκη: Το Κεραμικό Οξείδιο Ζιρκονίου έχει πολύ χαμηλότερο συντελεστή τριβής. Είναι μόνο ½ κεραμικών αλουμίνας
※ Περισσότερη λεπτή επιφάνεια: Η πολύ υψηλότερη πυκνότητα και η υψηλή συμπαγής του οξειδίου του ζιρκονίου κάνουν την υφή του κεραμικού σώματος
※ Ανθεκτικό στο τετηγμένο μέταλλο: Το κεραμικό ZRO2 δεν διαβάζεται εύκολα από υγρό μέταλλο, οπότε είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό στη διάβρωση σε λιωμένο μέταλλο.
※ Ηλεκτρική μόνωση: Το ZRO2 κεραμικό έχει υψηλή αντίσταση σε θερμοκρασία δωματίου και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κεραμικός μονωτής, αλλά όταν η θερμοκρασία λειτουργίας υπερβαίνει τα 650 ℃, θα γίνει ηλεκτρικός αγωγός.
Τύποι υλικών ζιρκονίας
Οι προσωρινές με διαφορετικές σταθεροποιητές έχουν σημαντικό αντίκτυπο στα υλικά ζιρκονίας. Σύμφωνα με τις κύριες κατηγορίες σταθεροποιητών, τα κεραμικά Zirconia μπορούν να χωριστούν σε τρεις τύπους:
1.
Το υλικό οξειδίου ζιρκονίου (ZRO2) παρασκευάζεται με προσθήκη 3 mol του διοξειδίου του yttrium που ονομάζεται Yttria μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκόνια. Το YSZ Zirconia παρουσιάζει μια σταθερή τετραγωνική κρυσταλλική δομή σε θερμοκρασία δωματίου και έχει υψηλή αντοχή, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, καλή βιοσυμβατότητα, αντίσταση φθοράς και καλή ιοντική αγωγιμότητα. Με την αύξηση του περιεχομένου Y2O3, η σταθεροποιημένη κεραμική ζιρκονίας μπορεί να μετατραπεί από τετραγωνική φάση (μερικώς σταθεροποιημένη) σε κυβική φάση, δηλαδή πλήρως σταθεροποιημένη ζιρκόνια (FSZ)
2. Σταθεροποιημένο με μαγνήσιο ζιρκόνια (MSZ)
Η προσθήκη μιας κατάλληλης ποσότητας οξειδίου του μαγνησίου στο οξείδιο του ζιρκονίου μπορεί να ρυθμίσει την απόδοσή του. Η ζιρκόνια σταθεροποιημένη με μαγνήσιο έχει καλή μηχανική αντοχή, θερμική σταθερότητα και χημική σταθερότητα.
3. Ζιρκόνια σταθεροποιημένο με κερί (CSZ)
Αυτό το σκληρυμένο κεραμικό γίνεται με τη χρήση οξειδίου του δημητριακού ως σταθεροποιητή, ομοιόμορφα προσκρούει σε ζιρκόνια σε μοριακή περιεκτικότητα από 8% έως 16%.
| Ιδιοκτησία | Μονάδα | 3Y-TZP | MSZ | CE-TZP |
| Διηλεκτρική δύναμη | AC - KV/mm | 11,7 | 9.4 | 9.8 |
| Διηλεκτρική σταθερά @ 1MHz | (ΜΙ) | 29 | 28 | 29.2 |
| Διηλεκτρική απώλεια @ 1MHz | --- | 0,001 | 0.0018 | - |
| Αντίσταση όγκου, 25 ℃ | ωμ. εκατοστά | 1*10 13 | 1*10 13 | 1*10 13 |
| Αντίσταση όγκου, 500 ℃ | 1*10 7 | 1*10 7 | 1*10 7 | |
| Αντίσταση όγκου, 1000 ℃ | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 |
Εφαρμογές κεραμικών ζιρκονίας
1. Τυπικές εφαρμογές του ysz zirconia
Το YSZ Zirconia είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο από όλες τις κατηγορίες ζιρκονίας. Οι εφαρμογές του περιλαμβάνουν:
※ Κεραμικά μέρη φθοράς
※ Βαλβίδες και καθίσματα ζιρκονίας
※ Σφραγίδες αντλίας και ρουλεμάν άξονα
※ Κύτταρο καυσίμου στερεού οξειδίου (SOFC)
※ ακροφητικά ακροφύσια ακριβείας ZRO2
※ Κεραμικά εργαλεία κοπής και λεπίδες
※ Αισθητήρας οξυγόνου, αισθητήρας οξειδίου του αζώτου
※ Κεραμικοί κύλινδροι και οδηγοί για σχηματισμό καλωδίων
※ Κεραμικό νήμα και οδηγοί νημάτων για μηχανήματα κλωστοϋφαντουργίας
※ Λειτουργικά κεραμικά και δομικά κεραμικά συστατικά
2. Τυπικές εφαρμογές του MSZ Zirconia
※ Εφαρμογές μηχανικής: Μηχανικές σφραγίδες, σφράγιση και εξώθηση πεθαίνουν και φορούν μέρη
※ Συσκευή οπτικής επικοινωνίας: Κεραμικά μανίκια, κεραμικά τριχοειδή, κεραμικά κατόχους
※ Βιοϊατρική επιστήμη: Υλικά επισκευής ιστών οστών, βιοαισθητήρες, εσωτερικός σταθεροποιητής θραύσης και φορείς φαρμάκων
※ Ρεξπόρια: εξαρτήματα φούρνου υψηλής θερμοκρασίας, κεραμικά μέρη για μηχανές αεροδιαστημικής και δομικά υλικά για διαστημικό σκάφος
3. Τυπικές εφαρμογές του CSZ Zirconia
※ Μέση λείανσης: κατάλληλο για την άλεση όλων των ειδών υλικών υψηλής ιξώδους
※ Δομικά κεραμικά μέρη: χρησιμοποιούνται κυρίως σε υψηλή σκληρότητα, περιόδους αντοχής σε υψηλή θερμοκρασία
※ Καταλυτικά συστήματα αυτοκινήτων: Η σταθεροποιημένη ζιρκόνια Ceria ως φορέας καταλύτη μπορεί να βελτιώσει την καταλυτική απόδοση και να μειώσει την εκπομπή ρύπων
Τελικές σκέψεις
Χάρη στις εξαιρετικές μηχανικές και θερμικές ιδιότητές του, τη χημική αδράνεια και τη σταθερότητα υψηλής θερμοκρασίας, η χρήση των κεραμικών ζιρκονίας θα εμβαθύνεται περαιτέρω και θα επεκταθεί με την καινοτομία της επιστήμης και της τεχνολογίας και τη συνεχή βελτίωση των διαδικασιών παραγωγής, προχωρώντας προς υψηλότερη απόδοση, περισσότερο Διαφοροποιημένες λειτουργίες και χαμηλό κόστος του προηγμένου κεραμικού υλικού.