Cos'è l'ossido di zirconio
L'ossido di zirconio (ZRO2), noto anche come zirconia, è uno dei materiali ceramici avanzati più studiati e utilizzati. Rispetto ad altri materiali ceramici tecnici, la caratteristica più importante dell'ossido di zirconio è la sua resistenza alla frattura estremamente elevata, il che lo fa avere una resistenza super usura e coltura, quindi è anche chiamato "acciaio ceramico".
La bassa conduttività termica è un'altra proprietà senza pari della ceramica di zirconia, attribuita al suo gran numero di pori microscopici e struttura cristallina. Questa particolare struttura cristallina ceramica dà alla zirconia un eccellente effetto di isolamento termico.
La struttura dell'ossido di zirconio (ZRO2)
Le ceramiche di ossido di zirconio hanno tre diverse fasi a causa di cambiamenti di temperatura, che sono:
※ Dalla temperatura ambiente a 1170 ℃, è una fase monoclinica (M-ZRO2);
※ tra 1170 ℃ e 2370 ℃, viene trasformato in fase tetragonale (T-ZRO2);
※ Quando la temperatura supera 2370 ℃, viene trasformata in una fase cubica (C-ZRO2).
Le tre fasi della zirconia ceramica possono essere trasformate l'una nell'altra a temperature diverse. Le stesse parti ceramiche di zirconia con diverse fasi hanno varie dimensioni, volumi e proprietà meccaniche e chimiche.
Altri vantaggi di Zirconia (ZRO2)
※ Alta resistenza: la resistenza a compressione può raggiungere oltre 1000MPA, sopra 5 volte quella dell'acciaio.
※ Resistenza ad alta temperatura: la temperatura di servizio degli zirconia può essere fino a 1000 ℃
※ alta densità: è un materiale ceramico altamente denso, la densità è fino a 6,1 g/cm3
※ Elevata durezza: il MOHS dell'ossido di zirconio è una durezza in ceramica fino a 8,5, simile a Sapphire
※ Resistenza alla corrosione: ZRO2 non reagisce con la maggior parte degli acidi, alcali, sali e altri prodotti chimici
※ Propagazione di crepe resistenti: è la vera causa del perché la ceramica di zirconia zro2 ha una superba resistenza alla frattura.
※ Auto-lubrità: la ceramica di ossido di zirconio ha un coefficiente di attrito molto più basso; È solo ½ di ceramica di allumina
※ Più superficie fine: la densità molto più alta e l'elevata compattezza dell'ossido di zirconio rendono fine la consistenza del corpo ceramico
※ Resistente al metallo fuso: la ceramica ZRO2 non è facilmente bagnata dal metallo liquido, quindi è altamente resistente alla corrosione nel metallo fuso.
※ Isolamento elettrico: la ceramica ZRO2 ha un'alta resistività a temperatura ambiente e può essere utilizzata come isolante in ceramica, ma quando la temperatura operativa supera i 650 ℃, diventerà un conduttore elettrico.
Tipi di materiali di zirconia
Drogato con diversi stabilizzatori hanno un impatto significativo sui materiali di zirconia. Secondo le principali categorie di stabilizzatori, la ceramica di zirconia può essere divisa in tre tipi:
1. Zirconia stabilizzata da YTTRIA: (YSZ)
materiale di ossido di zirconio (ZRO2) preparato aggiungendo 3 moli di biossido di ittrio chiamato zirconia parzialmente stabilizzata di ytttria. YSZ Zirconia presenta una struttura cristallina tetragonale stabile a temperatura ambiente e ha un'alta resistenza, resistenza alla corrosione, resistenza ad alta temperatura, buona biocompatibilità, resistenza all'usura e buona conduttività ionica. Con l'aumento del contenuto di Y2O3, la ceramica di zirconia stabilizzata può essere trasformata da fase tetragonale (parzialmente stabilizzata) in fase cubica, cioè zirconia completamente stabilizzata (FSZ)
2. Zirconia stabilizzata in magnesio (MSZ)
L'aggiunta di una quantità adeguata di ossido di magnesio all'ossido di zirconio può regolare le sue prestazioni. La zirconia stabilizzata in magnesio ha una buona resistenza meccanica, stabilità termica e stabilità chimica.
3. zirconia stabilizzata con cerio (CSZ)
Questa ceramica rafforzata viene realizzata usando l'ossido di cerio come stabilizzatore, drogato uniformemente in zirconia a un contenuto molecolare dall'8% al 16%.
| Proprietà | Unità | 3y-tzp | MSZ | Ce-tzp |
| Resistenza dielettrica | AC - KV/mm | 11.7 | 9.4 | 9.8 |
| Costante dielettrica @ 1MHz | (E) | 29 | 28 | 29.2 |
| Perdita dielettrica @ 1MHz | --- | 0,001 | 0,0018 | - |
| Resistività al volume, 25 ℃ | ohm. cm | 1*10 13 | 1*10 13 | 1*10 13 |
| Resistività del volume, 500 ℃ | 1*10 7 | 1*10 7 | 1*10 7 | |
| Resistività del volume, 1000 ℃ | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 |
Applicazioni di ceramica di zirconia
1. Applicazioni tipiche di zirconia YSZ
YSZ Zirconia è la più utilizzata di tutte le categorie di zirconia. Le sue applicazioni includono:
※ Parti di usura in ceramica
※ Valvole a sfera di zirconia e sedili
※ guarnizioni della pompa e cuscinetti dell'albero
※ cella a combustibile a ossido solido (SOFC)
※ Precision Zro2 Unici in ceramica
※ utensili da taglio in ceramica e lame
※ sensore di ossigeno, sensore di ossido di azoto
※ rulli e guide in ceramica per la formazione di fili
※ Guide di filo e filato in ceramica per macchinari tessili
※ ceramica funzionale e componenti ceramici strutturali
2. Applicazioni tipiche di MSZ zirconia
※ Applicazioni ingegneristiche: guarnizioni meccaniche, stampi e parti di estrusione e parti di usura
※ Dispositivo di comunicazione ottica: maniche in ceramica, capillari in ceramica, titolari di ceramica
※ Scienze biomediche: materiali di riparazione del tessuto osseo, biosensori, fissatrice interna della frattura e vettori di farmaci
※ Refrattari: parti del forno ad alta temperatura, parti in ceramica per motori aerospaziali e materiali strutturali per spaziali
3. Applicazioni tipiche di zirconia CSZ
※ Medium di macinazione: adatto per macinare tutti i tipi di materiali ad alta viscosità
※ Parti di ceramica strutturale: utilizzate principalmente in elevata durezza, occasioni di resistenza ad alta temperatura
※ Sistemi catalitici automobilistici: la zirconia stabilizzata di CERIA come portatore catalizzatore può migliorare l'efficienza catalitica e ridurre l'emissione di inquinanti
Pensieri finali
Thanks to its excellent mechanical and thermal properties, chemical inertness, and high-temperature stability, the use of zirconia ceramics will be further deepened and expanded with the innovation of science and technology and the continuous improvement of production processes, moving towards higher performance, more funzioni diversificate e basso costo del materiale ceramico avanzato.