Циркониевая керамика представляют собой усовершенствованные керамические материалы на основе диоксида циркония (Zro₂). Они кажутся белыми при комнатной температуре и содержат трассировки диоксида гафния (HFO₂) и стабилизаторах, таких как оксид иттрия (Y₂O₃).
1. Свойства ядра вытекают из кристаллических преобразований
При нормальном давлении керамика циркония существует в трех кристаллических состояниях: моноклинные (m-Zro₂), тетрагональный (T-Zro₂) и кубический (C-Zro₂). Добавляя стабилизаторы, такие как Y₂O₃ и Ceo₂, кристаллическую структуру можно манипулировать для образования типов, таких как частично стабилизированная циркония (PSZ) или тетрагональные циркониевые поликристаллы (TZP). Например, Y-TZP (стабилизированная иттрием тетрагональной цирконии) широко используется в медицинских и промышленных областях из-за его высокой вязкости и силы.
2. Основные отличия от обычной керамики
Механические свойства:
Твердость и стойкость к износу: керамика циркония имеет твердость HV1230, что делает их подходящими для среды с высоким содержанием износа (например, подшипники и режущие инструменты).
Прочность и сопротивление трещин. Благодаря механизму угасления фазового преобразования циркония подвергается тетрагональному на моноклинную фазовую переход во время распространения трещин, поглощая энергию и предотвращая распространение трещин. Его жесткость перелома в 3-5 раз больше, чем у обычной керамики.
Тепловые свойства:
Коэффициент термического расширения: вблизи коэффициента стали (10,5 × 10⁻⁶/° C), очень совместимый с металлами, снижая риск растрескивания, вызванного тепловым напряжением.
Теплоизоляция: низкая теплопроводность (2-3 Вт/м · К) делает его подходящим для высокотемпературных изоляционных применений (таких как покрытия самолета).
Биосовместимость:
Керамика оксида циркония нетоксична и иммуно устойчива. Они могут быть отполированы до зеркальной отделки (RA <0,01 мкм), снижая бактериальную адгезию, что делает их материалом, выбранным для зубных имплантатов и искусственных суставов.
3. материальные преимущества
Превосходная износостойкость:
В таких приложениях, как уплотнения насоса и сиденья клапанов, керамика циркония имеет срок службы в 5-10 раз больше, чем у цементированного карбида, значительно снижая частоту замены и затраты на техническое обслуживание. Например, одна нефтяная компания увидела снижение годовых затрат на техническое обслуживание на 70% после принятия уплотнений насоса циркония.
Высокотемпературная стабильность:
При температуре плавления до 2715 ° C и поддержанием прочности при температурах до 1500 ° C они подходят для использования в качестве электролитов в твердых оксидных топливных элементах (SOFC) и высокотемпературных нагревающих элементов.
Регулируемые электрические свойства:
При комнатной температуре они являются изолятором (удельное сопротивление> 10⁴ω · см). При высоких температурах они превращаются в полупроводник (удельное сопротивление падает до 10²ω · см), что позволяет использовать их в кислородных датчиках и пьезоэлектрических элементах.
Объединение эстетики и функциональности:
Добавление цветов, таких как V₂O₅ и Fe₂o₃, может создать красочный, полупрозрачный материал, который может заменить бриллианты в ювелирных изделиях (например, кубические драгоценные камни циркония), сохраняя при этом высокую твердость.
4. Структурный состав и обработка
Приготовление порошка:
Высоколетние, ультрадиссерные порошки (размер частиц <100 нм) готовятся с использованием методов совместного осаждения, золь-геля или гидротермального синтеза. Это обеспечивает тонкие зерна (<500 нм) после спекания, повышая прочность материала.
Процесс формования:
Литье скольжения: подходит для сложных деталей (например, протезы искусственного сустава), но плотность зеленого тела относительно низкая (требует последующего горячего изостатического прессования).
Горячее сжатие формование: с использованием парафинового воскового связующего, достигается высокая рецептная литья (размерная толерантность ± 0,05 мм), что делает его подходящим для массового производства (например, часы).
Технология спекания:
Без нажатия спекания: низкая стоимость, но более низкая плотность (95%-98%);
Горячая изостатическая нажатия (бедра): достигает почти полной плотности (> 99,5%) при 1500 ° C и 200 МПа, что значительно улучшает производительность материала.
5. Соответствующий сценарий приложения с покупателем
Промышленное производство:
Целевые клиенты: поставщики автомобильных запчастей, аэрокосмические компании и производители полупроводникового оборудования.
Рекомендуемые продукты: подшипники циркония (для высокоскоростных электрических шпинделей), керамические режущие инструменты (для резки материалов с твердостью HRC60 или выше).
Потребительская электроника:
Целевые клиенты: производители смартфонов, носимые бренды устройств.
Рекомендуемые продукты: циркониевые керамические задние крышки и часы.
6. Рекомендации по решению о закупке
Удобные затраты клиенты: выберите композиты с оперированным цирконом (ZTA), чтобы поддерживать 80%производительности циркония при одновременном снижении затрат на 30-50%.
Клиенты высококачественной настройки: Расположение поставщиков с возможностями спекания бедра, чтобы обеспечить плотность материала и последовательную производительность.
Клиенты с небольшим количеством пробных производства: партнеры с поставщиками, предлагающими 3D-печать услуг циркония для сокращения циклов НИОКР и снижения затрат на инструментирование.