O que é óxido de zircônio
O óxido de zircônio (ZRO2), também conhecido como zircônia, é um dos materiais cerâmicos avançados mais amplamente estudados e usados. Comparado com outros materiais de cerâmica técnica, a característica mais proeminente do óxido de zircônio é sua resistência à fratura extremamente alta, o que faz com que ele tenha super desgaste e resistência ao impacto, por isso também é chamado de "aço cerâmico".
A baixa condutividade térmica é outra propriedade incomparável da cerâmica de zircônia, atribuída ao seu grande número de poros microscópicos e estrutura cristalina. Essa estrutura cristalina de cerâmica específica fornece à zircônia um excelente efeito de isolamento térmico.
A estrutura do óxido de zircônio (ZRO2)
A cerâmica de óxido de zircônio tem três fases diferentes devido a mudanças de temperatura, que são:
※ Da temperatura ambiente a 1170 ℃, é a fase monoclínica (M-ZRO2);
※ Entre 1170 ℃ e 2370 ℃, é transformado em fase tetragonal (T-ZRO2);
※ Quando a temperatura excede 2370 ℃, é transformada em uma fase cúbica (C-ZRO2).
As três fases da zircônia cerâmica podem ser transformadas entre si a diferentes temperaturas. As mesmas partes cerâmicas de zircônia com diferentes fases têm vários tamanhos, volumes e propriedades mecânicas e químicas.
Outras vantagens da zircônia (ZRO2)
※ Alta resistência: a resistência à compressão pode atingir mais de 1000MPa, acima de 5 vezes a do aço.
※ Resistência de alta temperatura: a temperatura de serviço da zircônia pode ser de até 1000 ℃
※ Alta densidade: é um material de cerâmica altamente denso, a densidade é de até 6,1 g/cm3
※ Alta dureza: os mohs da dureza de cerâmica de óxido de zircônio é de até 8,5, semelhante à safira
※ Resistência à corrosão: ZRO2 não reage com a maioria dos ácidos, álcalis, sais e outros produtos químicos
Propagation Propagação resistente a trincas: é a causa real de por que a cerâmica de zircônia zro2 tem excelente resistência à fratura.
※ Auto-lubrificação: a cerâmica de óxido de zircônio tem um coeficiente de atrito muito menor; É apenas ½ da cerâmica de alumina
※ Superfície mais fina: a densidade muito mais alta e alta compactação do óxido de zircônio tornam a textura do corpo cerâmico multa
※ Resistente ao metal fundido: a cerâmica de Zro2 não é facilmente molhada por metal líquido, por isso é altamente resistente à corrosão no metal fundido.
※ Isolamento elétrico: a cerâmica do ZRO2 tem uma alta resistividade à temperatura ambiente e pode ser usada como isolante de cerâmica, mas quando a temperatura operacional exceder 650 ℃, ele se tornará um condutor elétrico.
Tipos de materiais de zircônia
Dopado com diferentes estabilizadores, tem um impacto significativo nos materiais de zircônia. De acordo com as principais categorias de estabilizadores, a cerâmica de zircônia pode ser dividida em três tipos:
1. Zircônia estabilizada de Yttria: (YSZ)
Material de óxido de zircônio (ZRO2) preparado adicionando 3 mol de dióxido de yttria chamado zircônia parcialmente estabilizada por Yttria. A Zircônia YSZ apresenta uma estrutura cristalina tetragonal estável à temperatura ambiente e possui alta resistência, resistência à corrosão, resistência de alta temperatura, boa biocompatibilidade, resistência ao desgaste e boa condutividade iônica. Com o aumento do conteúdo de Y2O3, a cerâmica de zircônia estabilizada pode ser transformada da fase tetragonal (parcialmente estabilizada) em fase cúbica, ou seja, zircônia totalmente estabilizada (FSZ)
2. Zircônia estabilizada por magnésio (MSZ)
Adicionar uma quantidade apropriada de óxido de magnésio ao óxido de zircônio pode ajustar seu desempenho. A zircônia estabilizada por magnésio possui boa resistência mecânica, estabilidade térmica e estabilidade química.
3. Zircônia estabilizada com cério (CSZ)
Essa cerâmica endurecida é feita usando óxido de cério como estabilizador, dopado uniformemente na zircônia com um teor molecular de 8% a 16%.
| Propriedade | Unidade | 3y-tzp | Msz | CE-TZP |
| Força dielétrica | AC - KV/MM | 11.7 | 9.4 | 9.8 |
| Constante dielétrica @ 1MHz | (E) | 29 | 28 | 29.2 |
| Perda dielétrica @ 1MHz | ---- | 0,001 | 0,0018 | - |
| Resistividade de volume, 25 ℃ | ohm. cm | 1*10 13 | 1*10 13 | 1*10 13 |
| Resistividade de volume, 500 ℃ | 1*10 7 | 1*10 7 | 1*10 7 | |
| Resistividade de volume, 1000 ℃ | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 | ＜ 1*10 3 |
Aplicações de cerâmica de zircônia
1. Aplicações típicas da Zircônia YSZ
A Zircônia YSZ é a mais amplamente utilizada de todas as categorias de zircônia. Suas aplicações incluem:
※ Peças de desgaste de cerâmica
※ Válvulas de bola de zircônia e assentos
※ Sedos de bomba e rolamentos de eixo
※ Célula de combustível de óxido sólido (SOFC)
※ Precision Zro2 Cerâmica Bicos
※ Ferramentas de corte e lâminas cerâmicas
※ Sensor de oxigênio, sensor de óxido de nitrogênio
※ rolos e guias de cerâmica para formação de fios
※ Guias de linha de cerâmica e fios para máquinas têxteis
※ Cerâmica funcional e componentes de cerâmica estrutural
2. Aplicações típicas da Zircônia MSZ
※ Aplicações de engenharia: vedações mecânicas, matrizes de estampagem e extrusão e peças de desgaste
※ Dispositivo de comunicação óptica: mangas de cerâmica, capilares de cerâmica, suportes de cerâmica
※ Ciência biomédica: materiais de reparo de tecido ósseo, biossensores, fixador interno da fratura e portadores de drogas
※ Refratários: peças de forno de alta temperatura, peças de cerâmica para motores aeroespaciais e materiais estruturais para naves espaciais
3. Aplicações típicas da Zircônia CSZ
※ Meio de moagem: Adequado para moer todos os tipos de materiais de alta viscosidade
※ Peças de cerâmica estrutural: usadas principalmente na alta dureza, ocasiões de resistência de alta temperatura
※ Sistemas catalíticos automotivos: Zirconia estabilizada por Ceria como portador de catalisador pode melhorar a eficiência catalítica e reduzir a emissão de poluentes
Pensamentos finais
Graças a suas excelentes propriedades mecânicas e térmicas, inércia química e estabilidade de alta temperatura, o uso da cerâmica de zircônia será aprofundado e expandido com a inovação da ciência e da tecnologia e a melhoria contínua dos processos de produção, avançando para um desempenho mais alto, mais funções diversificadas e baixo custo do material cerâmico avançado.