Apa itu zirkonium oksida
Zirkonium oksida (ZRO2), yang juga dikenali sebagai zirkonia, adalah salah satu bahan seramik yang paling banyak dikaji dan digunakan. Berbanding dengan bahan -bahan seramik teknikal yang lain, ciri zirkonium oksida yang paling menonjol adalah ketangguhan patah yang sangat tinggi, yang menjadikannya mempunyai rintangan super dan rintangan kesan, jadi ia juga dinamakan "keluli seramik."
Kekonduksian terma yang rendah adalah satu lagi sifat seramik zirkonia yang tidak dapat ditandingi, yang disebabkan oleh sebilangan besar liang mikroskopik dan struktur kristal. Struktur kristal seramik ini memberikan zirkonia kesan penebat haba yang sangat baik.
Struktur zirkonium oksida (ZRO2)
Seramik zirkonium oksida mempunyai tiga fasa yang berbeza kerana perubahan suhu, iaitu:
※ Dari suhu bilik hingga 1170 ℃, ia adalah fasa monoklinik (M-Zro2);
※ Antara 1170 ℃ dan 2370 ℃, ia diubah menjadi fasa tetragonal (T-Zro2);
※ Apabila suhu melebihi 2370 ℃, ia berubah menjadi fasa kubik (c-Zro2).
Tiga fasa zirkonia seramik boleh berubah menjadi satu sama lain pada suhu yang berbeza. Bahagian seramik zirkonia yang sama dengan fasa yang berbeza mempunyai pelbagai saiz, jumlah, dan sifat mekanikal dan kimia.
Kelebihan zirkonia lain (ZRO2)
※ Kekuatan Tinggi: Kekuatan mampatan dapat mencapai lebih dari 1000MPa, di atas 5 kali keluli.
※ Rintangan suhu tinggi: Suhu perkhidmatan zirkonia boleh sehingga 1000 ℃
※ Ketumpatan Tinggi: Ia adalah bahan seramik yang sangat padat, ketumpatan adalah sehingga 6.1 g/cm3
※ Kekerasan Tinggi: Kekuatan Kekerasan Seramik Zirkonium Oksida Sehingga 8.5, Sama dengan Sapphire
※ Rintangan kakisan: Zro2 tidak bertindak balas dengan kebanyakan asid, alkali, garam, dan bahan kimia lain
※ Penyebaran retak tahan: Ini penyebab sebenar mengapa Zirconia ZRO2 Seramik mempunyai ketangguhan patah yang luar biasa.
※ lubricity diri: Seramik zirkonium oksida mempunyai pekali geseran yang jauh lebih rendah; hanya ½ seramik alumina
※ Permukaan yang lebih halus: Ketumpatan yang lebih tinggi dan kekompakan tinggi zirkonium oksida menjadikan tekstur badan seramik halus
※ Tahan logam cair: Seramik ZRO2 tidak mudah dibasahi oleh logam cecair, jadi ia sangat tahan terhadap kakisan dalam logam cair.
※ Penebat elektrik: Seramik ZRO2 mempunyai resistiviti yang tinggi pada suhu bilik dan boleh digunakan sebagai penebat seramik, tetapi apabila suhu operasi melebihi 650 ℃, ia akan menjadi konduktor elektrik.
Jenis bahan zirkonia
Doped dengan penstabil yang berbeza mempunyai kesan yang signifikan terhadap bahan zirkonia. Menurut kategori utama penstabil, seramik zirkonia boleh dibahagikan kepada tiga jenis:
1. Yttria menstabilkan zirkonia: (YSZ)
Bahan zirkonium oksida (ZRO2) yang disediakan dengan menambahkan 3 mol yttrium dioksida yang dipanggil yttria zirkonia sebahagiannya stabil. Zirkonia YSZ membentangkan struktur kristal tetragonal yang stabil pada suhu bilik dan mempunyai kekuatan tinggi, rintangan kakisan, rintangan suhu tinggi, biokompatibiliti yang baik, rintangan haus, dan kekonduksian ionik yang baik. Dengan peningkatan kandungan Y2O3, seramik zirkonia yang stabil dapat diubah dari fasa tetragonal (sebahagiannya stabil) ke fasa padu, iaitu, zirkonia stabil sepenuhnya (FSZ)
2. Magnesium stabil zirkonia (MSZ)
Menambah jumlah magnesium oksida yang sesuai untuk zirkonium oksida boleh menyesuaikan prestasinya. Zirkonia yang stabil magnesium mempunyai kekuatan mekanikal yang baik, kestabilan haba, dan kestabilan kimia.
3. Zirkonia yang stabil Cerium (CSZ)
Seramik yang toughened ini dibuat dengan menggunakan cerium oksida sebagai penstabil, seragam doped dalam zirkonia pada kandungan molekul sebanyak 8% hingga 16%.
| Harta | Unit | 3y-tzp | MSZ | CE-TZP |
| Kekuatan dielektrik | ac - kv/mm | 11.7 | 9.4 | 9.8 |
| Pemalar dielektrik @ 1MHz | (E) | 29 | 28 | 29.2 |
| Kehilangan dielektrik @ 1MHz | --- | 0.001 | 0.0018 | - |
| Resistivity Volume, 25 ℃ | ohm. cm | 1*10 13 | 1*10 13 | 1*10 13 |
| Resistivity Volume, 500 ℃ | 1*10 7 | 1*10 7 | 1*10 7 | |
| Resistivity Volume, 1000 ℃ | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 |
Aplikasi seramik zirkonia
1. Aplikasi tipikal zirkonia YSZ
YSZ Zirconia adalah yang paling banyak digunakan dari semua kategori zirkonia. Aplikasinya termasuk:
※ Bahagian memakai seramik
※ injap bola zirkonia dan tempat duduk
※ Pam anjing laut dan galas aci
※ Sel bahan bakar oksida pepejal (SOFC)
※ Ketepatan ZRO2 Nozel Seramik
※ Alat pemotongan seramik dan bilah
※ Sensor oksigen, sensor nitrogen oksida
※ penggelek seramik dan panduan untuk membentuk wayar
※ Benang seramik dan panduan benang untuk jentera tekstil
※ Seramik berfungsi dan komponen seramik struktur
2. Aplikasi tipikal zirkonia MSZ
※ Aplikasi Kejuruteraan: meterai mekanikal, stamping & penyemperitan mati dan memakai bahagian
※ Peranti komunikasi optik: lengan seramik, kapilari seramik, pemegang seramik
※ Sains Bioperubatan: Bahan Pembaikan Tisu Bone, Biosensor, Pembetulkan Dalaman Patah, dan Pembawa Dadah
※ refraktori: bahagian relau suhu tinggi, bahagian seramik untuk enjin aeroangkasa, dan bahan struktur untuk kapal angkasa
3. Aplikasi tipikal zirkonia CSZ
※ Medium pengisaran: Sesuai untuk mengisar semua jenis bahan kelikatan tinggi
※ Bahagian Seramik Struktur: Terutama digunakan dalam kekerasan tinggi, keadaan rintangan suhu tinggi
※ Sistem pemangkin automotif: Ceria stabil zirkonia sebagai pembawa pemangkin dapat meningkatkan kecekapan pemangkin dan mengurangkan pelepasan pencemar
Pemikiran terakhir
Terima kasih kepada sifat mekanikal dan terma yang sangat baik, ketahanan kimia, dan kestabilan suhu tinggi, penggunaan seramik zirkonia akan semakin mendalam dan berkembang dengan inovasi sains dan teknologi dan peningkatan proses pengeluaran yang berterusan, bergerak ke arah prestasi yang lebih tinggi, lebih banyak fungsi pelbagai, dan kos rendah bahan seramik maju.