Óxido de Zircônio Aplicado a Produtos Cerâmicos
Cerâmicas Finas, Cerâmicas Avançadas, ZrO₂
Na Touchdown, muitos produtos médicos e cerâmicos têm sido fabricados usando óxido de zircônio devido às suas características superiores e vantagens, especialmente quando o óxido de zircônio e o metal são combinados. A baixa condutividade térmica e a alta resistência do óxido de zircônio podem facilmente compensar a desvantagem de ser fácil de quebrar da cerâmica.
Óxido de zircônio foi descoberto por Hussak em 1892. Ele existe em minério natural de areia de zircão ou baddeleyita.
O óxido de zircônio puro existe na forma de cristal monoclínico, cristal cúbico e rede cúbica.
O óxido de zircônio é caracterizado por alta resistência, alta tenacidade, alta dureza, bem como excelente resistência química e abrasiva.
As áreas de produção de areia de zircão representam 80% do mundo e estão concentradas na Austrália, África do Sul e Estados Unidos. Os métodos de refino de zircônia a partir de areia de zircão incluem o método de cloração e o método de pirólise. Pode ser utilizado em materiais refratários, fundição de desmoldagem e pós de alta qualidade.
As principais áreas produtoras de baddeleyita estão concentradas na África do Sul, Brasil e União Soviética, e a baddeleyita é principalmente utilizada em material abrasivo e corante cerâmico.
O óxido de zircônio existe em cristal monoclínico em temperatura ambiente e será convertido em fase cristalina quadrada à medida que a temperatura aumenta para 1170°C e, em seguida, convertido em fase cristalina cúbica à medida que a temperatura aumenta para 2.370°C, enquanto a fase cristalina cúbica será dissolvida em fase líquida a 2.680°C, a conversão da fase cristalina quadrada em fase cristalina monoclínica é uma transformação martensítica, e essa conversão de fase pode produzir uma alteração de volume de 3 a 5%, resultando em microfissuras. Mais tarde, óxido de magnésio, óxido de cálcio e outros agentes estabilizadores de fase são adicionados para garantir que o óxido de zircônio possa manter a fase estável de alta temperatura, ou seja, a fase cristalina cúbica, que é chamada de óxido de zircônio estabilizado; se um estabilizador de fase de óxido de ítrio for adicionado para manter uma fase cristalina parcialmente quadrada, pode ser chamado de óxido de zircônio parcialmente estabilizado.
O óxido de zircônio é uma cerâmica condutora térmica. O ZrO₂ é branco puro, enquanto amarelo ou cinza quando contém impurezas, e geralmente contém HfO₂, não sendo fácil de separar. A produção de cerâmicas de zircônia requer a preparação de um pó estreito caracterizado por alta pureza, bom desempenho de dispersão, partículas ultrafinas e distribuição de tamanho de partícula estreita. Existem muitos métodos para preparar pó superfino de óxido de zircônio, e os métodos de purificação do óxido de zircônio incluem principalmente o método de cloração e decomposição térmica, o método de decomposição por oxidação de metais alcalinos, o método de fusão de cal, o método de arco de plasma, o método de precipitação, o método de coloide, o método de hidrólise e o método de pirólise por pulverização.
Aplicações do Óxido de Zircônio
Item do Produto | Características Requeridas | Material Utilizado |
---|---|---|
Faca de cozinha, máquina têxtil, tesoura, ferramenta de corte | Tenacidade, resistência e dureza | ZrO₂-Y₂O₃ |
Matriz, rolamento, guia de rosca, esfera de moagem e outras peças antiabrasivas | Resistência e dureza | ZrO₂-Y₂O₃ |
Espaçador de sinterização e conector de fibra óptica | Estabilidade térmica, isolamento e resistência | ZrO₂-Y₂O₃ (TZP) ZrO₂-CaO ZrO₂-MgO |
As vantagens das cerâmicas de zircônia são as seguintes
1. Possui alta dureza, resistência e resistência à flexão, e a densidade está entre 5,95 - 6,05g/cm³. Existem três tipos de cerâmicas produzidas pela Touch-Down, incluindo óxido de alumínio Al₂O₃, carbeto de silício Sic e óxido de zircônio ZrO₂, sendo que o óxido de zircônio possui a maior resistência, que é acima de 8MPa • m1/2.
2. Possui alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito, cuja resistência ao desgaste é 15 vezes maior do que a cerâmica de óxido de alumínio, enquanto o coeficiente de atrito é apenas a metade da cerâmica de óxido de alumínio. Após o processo de usinagem abrasiva, sua superfície fica ainda mais lisa e pode atingir acima de ▽ 9. Possui formato espelhado e extremamente liso, com um coeficiente de atrito mais baixo.
3. Possui bom isolamento e resistência à corrosão, é livre de estática, resistente ao calor e possui excelente desempenho de proteção térmica, cujo coeficiente de expansão térmica é próximo ao do aço.
4. É autolubrificante e pode resolver o problema de poluição causado pelo meio lubrificante e inconvenientes adicionados.
Processamento de cerâmicas de zircônia:
1. Processamento por Abertura do Molde: Máquina de formação a seco, formação por injeção CIM. Processamento de equalização CIP e processamento de corte de placas.
2. Produto de Processamento de Forma: Retificação plana será adotada de acordo com os requisitos de interface do cliente, bem como retificação de diâmetro interno/externo, processamento de programa NC e retificação e polimento.
Comparação dos principais parâmetros de desempenho de cerâmica de zircônia e aço:
Material | Cerâmica | Aço |
---|---|---|
Dureza (HV) | 1350 | 800 |
Thermal Expansion Coefficient (10-6/°C) | 9.5 | 11,5 ± 1 |
Temperatura de sinterização | 1550 - 2600 | 1200 - 1400 |
Resistência à temperatura (°C) | 1800 | 1000 |
Gravidade específica (g/cm³) | 6,0 | 7,8 |
Resistência à Flexão (MPa) | 800 - 1000 | 2000 |
Young's Modulus (104Kgf/mm²) | 2.1 | 2.1 |
Coeficiente de Poisson | 0.3 | 0.3 |
Conteúdo do Componente (%) | ZrO₂ ≧ 94.5 | |
Cor | Ivory, Preto, Amarelo | |
Resistência à Tensão de Perfuração (kv/mm) | 15 | |
Absorção de Água (%) | < 0.01 | |
Resistência à Compressão Mpa | 5000 | |
Dureza Hra | 88 | |
Resistência de Volume (cm) | > 1012 | |
Rugosidade (µm) | ≦ 0.8 | |
Polimento Espelhado (Ra) | ≦ 0.05 | |
Condutividade Térmica (cal/cm.sec°C) | 0.007 | 0.13 |
Cerâmicas - Tabela de Comparação de Características
Nome / Característica | Óxido de Alumínio (AL₂O) | Óxido de Zircônio (ZrO₂) | Nitreto de silício (Si₃N₄) | Nitreto de Alumínio (AIN) | Carbeto de Silício (SiC) | Nitreto de Boro (BN) |
---|---|---|---|---|---|---|
Aparência | Branco parcial ou branco leitoso ou marfim | Marfim | Preto cinza | Marrom | Preto | Branco |
Coeficiente dielétrico | > 1014 | > 1010 | > 1014 | > 1013 | > 106 | > 1014 |
Condutividade Térmica | 20 ~ 37 W/mk | 1.8 ~ 3 W/mk | 18 ~ 25 W/mk | 90 ~ 230 W/mk | 115 ~ 130 W/mk | 30 W/mk |
Coeficiente de Expansão Térmica | 4.5 ~ 8 (10-6/k) | 8 ~ 11.5 (10-6/k) | 3.2 (10-6/k) | 4.5 (10-6/k) | 4.8 ~ 5.2 (10-6/k) | 1.5 (10-6/k) |
Módulo de Young | 380 (Gpa) | 210 (Gpa) | 300 ~ 320 (Gpa) | 320 (Gpa) | 400 ~ 420 (Gpa) | |
Coeficiente de Poisson | 0.27 | 0.3 | 0.26 | 0.25 | 0.19 | |
Resistência a Alta Temperatura | 1500° ~ 1700° | 550° / 1700° | 800° ~ 1300° | 1700° | 1700° | 2200° |
Resistência a Ácido e Alcalino | Forte | Forte | Forte | Forte | Forte | Comum |
Magnetismo | N/A | N/A | N/A | N/A | N/A | N/A |
Estabilidade Dimensional | Muda ligeiramente com a temperatura | Muda ligeiramente com a temperatura | Muda ligeiramente com a temperatura | Muda ligeiramente com a temperatura | Muda ligeiramente com a temperatura | Muda ligeiramente com a temperatura |
Força Centrífuga de Operação | Médio | Maior | Pequeno |
HSY-3.0 Especificações do Óxido de Zircônio
Fonte: Fornecido pela Sumitomo do Japão
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