เซอร์โคเนียมออกไซด์คืออะไร
เซอร์โคเนียมออกไซด์ (ZRO2) หรือที่เรียกว่าเซอร์โคเนียเป็นหนึ่งในวัสดุเซรามิกขั้นสูงที่ศึกษาและใช้กันอย่างแพร่หลาย เมื่อเทียบกับวัสดุเซรามิกทางเทคนิคอื่น ๆ คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของเซอร์โคเนียมออกไซด์คือความเหนียวแตกหักสูงมากซึ่งทำให้มีการสึกหรอและการทนต่อแรงกระแทกดังนั้นจึงมีชื่อว่า "เหล็กเซรามิก"
ค่าการนำความร้อนต่ำเป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติที่ไม่มีใครเทียบได้ของเซรามิเนียเซรามิกส์เนื่องจากรูขุมขนขนาดใหญ่และโครงสร้างผลึก โครงสร้างผลึกเซรามิกโดยเฉพาะนี้ทำให้เซอร์โคเนียมีเอฟเฟกต์ฉนวนกันความร้อนความร้อนที่ยอดเยี่ยม
โครงสร้างของเซอร์โคเนียมออกไซด์ (ZRO2)
เซรามิกเซอร์โคเนียมออกไซด์มีสามเฟสที่แตกต่างกันเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิคือ:
※ จากอุณหภูมิห้องถึง 1170 ℃มันเป็นเฟส monoclinic (M-ZRO2);
※ ระหว่าง 1170 ℃และ 2370 ℃มันถูกเปลี่ยนเป็นเฟส tetragonal (T-ZRO2);
※ เมื่ออุณหภูมิเกิน 2370 ℃มันจะถูกเปลี่ยนเป็นเฟสลูกบาศก์ (C-ZRO2)
เซราโคเนียเซรามิกสามเฟสสามารถเปลี่ยนเป็นกันได้ในอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ชิ้นส่วนเซรามิกเซอร์โคเนียเดียวกันที่มีเฟสต่าง ๆ มีขนาดปริมาตรและคุณสมบัติเชิงกลและเคมีต่างๆ
ข้อดีอื่น ๆ ของเซอร์โคเนีย (ZRO2)
※ ความแข็งแรงสูง: แรงอัดสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 1,000mpa สูงกว่า 5 เท่าของเหล็ก
ความต้านทานอุณหภูมิ สูง : อุณหภูมิการบริการของเซอร์โคเนียสามารถสูงถึง 1,000 ℃
※ ความหนาแน่นสูง: เป็นวัสดุเซรามิกที่หนาแน่นสูงความหนาแน่นสูงถึง 6.1 g/cm3
※ ความแข็งสูง: Mohs ของเซอร์โคเนียมออกไซด์ความแข็งเซรามิกสูงถึง 8.5 คล้ายกับแซฟไฟร์
resist ความต้านทานการกัดกร่อน: ZRO2 ไม่ทำปฏิกิริยากับกรดส่วนใหญ่อัลคาลิสเกลือและสารเคมีอื่น ๆ
※ การแพร่กระจายรอยแตกที่ทนทาน: เป็นสาเหตุที่แท้จริงว่าทำไมเซอร์โคเนีย ZRO2 เซรามิกมีความทนทานต่อการแตกหักที่ยอดเยี่ยม
※ การหล่อลื่นด้วยตนเอง: เซรามิคเซอร์โคเนียมออกไซด์มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำกว่ามาก มันเป็นเซรามิกอะลูมินาเพียง½เท่านั้น
※ พื้นผิวที่ละเอียดยิ่งขึ้น: ความหนาแน่นที่สูงขึ้นและความกะทัดรัดของเซอร์โคเนียมออกไซด์สูงมากทำให้พื้นผิวของร่างกายเซรามิกปรับได้ดี
※ ทนต่อโลหะหลอมเหลว: เซรามิก ZRO2 ไม่ได้เปียกโดยโลหะเหลวอย่างง่ายดายดังนั้นจึงมีความทนทานต่อการกัดกร่อนในโลหะหลอมเหลว
※ ฉนวนไฟฟ้า: ZRO2 เซรามิกมีความต้านทานสูงที่อุณหภูมิห้องและสามารถใช้เป็นฉนวนเซรามิก แต่เมื่ออุณหภูมิการทำงานเกิน 650 ℃มันจะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้า
ประเภทของวัสดุเซอร์โคเนีย
เจือด้วยความคงตัวที่แตกต่างกันมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อวัสดุเซอร์โคเนีย ตามหมวดหมู่หลักของ Stabilizers เซรามิเนียเซรามิกสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:
1. Yttria เสถียรเซอร์โคเนีย: (YSZ)
วัสดุเซอร์โคเนียมออกไซด์ (ZRO2) ที่เตรียมโดยการเพิ่ม 3 mol ของ yttrium dioxide ที่เรียกว่า yttria บางส่วนเสถียรเซอร์โคเนีย YSZ เซอร์โคเนียนำเสนอโครงสร้างผลึก tetragonal ที่เสถียรที่อุณหภูมิห้องและมีความแข็งแรงสูงความต้านทานการกัดกร่อนความต้านทานอุณหภูมิสูงความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีความต้านทานการสึกหรอและการนำไอออนิกที่ดี ด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหา Y2O3 เซรามิกเซอร์โคเนียที่มีความเสถียรสามารถเปลี่ยนได้จากเฟส tetragonal (เสถียรบางส่วน) เป็นลูกบาศก์นั่นคือเซอร์โคเนียเสถียร (FSZ) อย่างเต็มที่ (FSZ)
2. แมกนีเซียมเสถียรเซอร์โคเนีย (MSZ)
การเพิ่มแมกนีเซียมออกไซด์ในปริมาณที่เหมาะสมลงในเซอร์โคเนียมออกไซด์สามารถปรับประสิทธิภาพได้ เซอร์โคเนียที่มีความเสถียรของแมกนีเซียมมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีความเสถียรทางความร้อนและความเสถียรทางเคมี
3. เซอร์โคเนียที่มีเสถียรภาพซีเรียม (CSZ)
เซรามิกที่แกร่งนี้ทำขึ้นโดยใช้ซีเรียมออกไซด์เป็นเครื่องทำให้เสถียรซึ่งเจือในเซอร์โคเนียอย่างสม่ำเสมอที่ปริมาณโมเลกุล 8% ถึง 16%
| คุณสมบัติ | หน่วย | 3Y-TZP | MSZ | CE-TZP |
| ความแข็งแรงของอิเล็กทริก | AC - kv/mm | 11.7 | 9.4 | 9.8 |
| ค่าคงที่อิเล็กทริก @ 1MHz | (e) | 29 | 28 | 29.2 |
| การสูญเสียอิเล็กทริก @ 1MHz | - | 0.001 | 0.0018 | - |
| ความต้านทานระดับเสียง 25 ℃ | โอห์ม. ซม. | 1*10 13 | 1*10 13 | 1*10 13 |
| ความต้านทานระดับเสียง 500 ℃ | 1*10 7 | 1*10 7 | 1*10 7 | |
| ความต้านทานระดับเสียง 1,000 ℃ | ＜1*10 3 | ＜1*10 3 | ＜1*10 3 |
แอปพลิเคชั่นของเซราโคเนียเซรามิกส์
1. การใช้งานทั่วไปของ YSZ Zirconia
YSZ Zirconia เป็นประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในทุกประเภทเซอร์โคเนีย แอปพลิเคชันรวมถึง:
- ชิ้นส่วนสวมใส่เซรามิก
※ วาล์วบอลเซอร์โคเนียและที่นั่ง
※ ซีลปั๊มและแบริ่งเพลา
※ เซลล์เชื้อเพลิงของแข็งออกไซด์ (SOFC)
※ หัวฉีดเซรามิกที่แม่นยำ ZRO2
※ เครื่องมือตัดเซรามิกและใบมีด
※ เซ็นเซอร์ออกซิเจน, เซ็นเซอร์ไนโตรเจนออกไซด์
※ ลูกกลิ้งเซรามิกและไกด์สำหรับการขึ้นลวด
※ ด้ายเซรามิกและคู่มือเส้นด้ายสำหรับเครื่องจักรสิ่งทอ
※ เซรามิกที่ใช้งานได้และส่วนประกอบเซรามิกโครงสร้าง
2. แอปพลิเคชั่นทั่วไปของ MSZ Zirconia
※ แอปพลิเคชันวิศวกรรม: แมวน้ำกลไกการปั๊มและการอัดรีดและการสึกหรอชิ้นส่วน
※ อุปกรณ์สื่อสารด้วยแสง: แขนเซรามิก, เส้นเลือดฝอยเซรามิก, ที่ยึดเซรามิก
※ วิทยาศาสตร์ชีวการแพทย์: วัสดุซ่อมแซมเนื้อเยื่อกระดูก, ไบโอเซนเซอร์, fixator ภายในแตกหักและผู้ให้บริการยาเสพติด
※ วัสดุทนไฟ: ชิ้นส่วนเตาอุณหภูมิสูงชิ้นส่วนเซรามิกสำหรับเครื่องยนต์อากาศยานและวัสดุโครงสร้างสำหรับยานอวกาศ
3. การใช้งานทั่วไปของ CSZ Zirconia
※ การบดสื่อ: เหมาะสำหรับการบดวัสดุที่มีความหนืดสูงทุกชนิด
※ ชิ้นส่วนเซรามิกโครงสร้าง: ส่วนใหญ่ใช้ในความแข็งสูงโอกาสความต้านทานอุณหภูมิสูง
※ ระบบเร่งปฏิกิริยายานยนต์: เซเรียเสถียรเซอร์โคเนียในฐานะผู้ให้บริการตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาและลดการปล่อยมลพิษ
ความคิดสุดท้าย
ต้องขอบคุณคุณสมบัติเชิงกลและความร้อนที่ยอดเยี่ยมความเฉื่อยทางเคมีและความเสถียรอุณหภูมิสูงการใช้เซรามิกเซอร์โคเนียจะลึกซึ้งยิ่งขึ้นและขยายออกไปด้วยนวัตกรรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและการปรับปรุงกระบวนการผลิตอย่างต่อเนื่อง ฟังก์ชั่นที่หลากหลายและต้นทุนต่ำของวัสดุเซรามิกขั้นสูง