Диоксид циркония
Свойства диоксида циркония, состав, применение
Диоксид циркония ZrO₂
Детали из материала диоксид циркония способны выдерживать экстремальные нагрузки. Этот керамический материал применяется благодаря своей высокой механической прочности, устойчивости к износу и коррозии, а также низкой теплопроводности в большом количестве применений. Благодаря высокой ударной вязкости изделия из диоксида циркония выдерживают значительные нагрузки без разрушения. Данные свойства делают этот материал идеальным для производства изделий, таких как протяжки, тянущие конусы и тянущие ролики, используемые в металлообрабатывающей промышленности, где они подвергаются высоким механическим нагрузкам.
Также диоксид циркония проявляет себя универсально в композитах металл-керамика. Совместив наши знания в области технологии соединения, мы можем создавать компоненты для специальных применений. Керамические иглы, высоконагруженные поршни высокого давления и керамические тигли находят применение в сложных условиях, таких как машиностроение, нефтехимическое оборудование и нефтегазовая промышленность. Благодаря исключительным свойствам диоксида циркония данные элементы обеспечивают выдающиеся рабочие характеристики и долговечность.
Диоксид циркония идеально подходит для использования в различных отраслях промышленности и позволяет разрабатывать высокоэффективные решения для экстремальных условий эксплуатации.
Основные свойства диоксида циркония вкратце:
- Очень высокая ударная вязкость
- Высокая прочность на изгиб и растяжение
- Высокое сопротивление износу
- Высокая устойчивость к давлению
- Долговечность
- Очень низкая теплопроводность
- Температурное расширение аналогично чугуну
- Модуль Юнга сопоставим со сталью
- Способность проводить кислородные ионы
- Отличные трибологические свойства
- Возможность достижения превосходного качества поверхности и острых кромок
Свойства материалов AL₂O₃
| Свойства | Условия | Единицы измерения | Mg-PSZ | Y-TZP | Y-FSZ |
|---|---|---|---|---|---|
| Плотность | г/см³ | 3,5 | 6,02 | 6,04 | |
| Размер кристалла | микрон | 2 | 1 | — | |
| Водопоглощение | % | 0 | 0 | 0 | |
| Газопроницаемость | — | 0 | 0 | 0 | |
| Цвет | — | ЖЕЛТЫЙ | БЕЛЫЙ | БЕЛЫЙ | |
| Прочность на изгиб (MOR) | 20℃ | МПа (psi × 10³) | 800 | 1240 (180) | 200-300 |
| Модуль упругости | 20℃ | ГПа (psi × 10⁶) | 220 (30) | 210 (30) | 210 (30) |
| Коэффициент Пуассона | 20℃ | — | 0,3 | 0,23 | 0,23 |
| Прочность на сжатие | 20℃ | МПа (psi × 10³) | 2500 (363) | 2500 (363) | 2500 (363) |
| Твердость | ГПа (кг/мм²) | 12,7 (1300) | 12,7 (1300) | 12,1 (1200) | |
| Прочность на растяжение | 25℃ | МПа (psi × 10³) | — | — | — |
| Вязкость разрушения (K Ic) | МПа·м¹/² | 9 | 13 | 13 | |
| Теплопроводность | 20℃ | Вт/м·°K | 2,2 | 2,2 | 27 |
| Коэффициент теплового расширения | 25℃-1000℃ | 1×10⁻⁶/°C | 10 | 10,3 | 10 |
| Удельная теплоемкость | 100℃ | Дж/кг·°K | 400 | 400 | 450 |
| Термостойкость (△Tc) | °C | 400 | 350 | 400 | |
| Максимальная рабочая температура | °C | 1000 | 1200 | 2300 | |
| Диэлектрическая прочность | 6,35 мм | кВ/мм | 9,0 | 9,0 (228) | 9,0 (228) |
| Диэлектрическая постоянная | 1 МГц, 25℃ | — | 29,0 | 29,0 | 29,0 |
| Диэлектрические потери (tanδ) | 1 МГц, 25℃ | — | 0,001 | 0,001 | 0,001 |
| Удельное объемное сопротивление | 25℃ | Ом·см | >10¹³ | >10¹³ | >10¹³ |
| 500℃ | Ом·см | 2×10⁴ | 2×10⁴ | 2×10⁴ | |
| 1000℃ | Ом·см | <10³ | <10³ | <10³ | |
| Изнашивание | — | 0,2 | 0,2 | 0,2 | |
| Трение | — | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
Примечание: Все указанные значения основаны на испытаниях образцов и могут варьироваться в зависимости от конструкции компонента. Данные значения не являются гарантированными и предназначены только для ознакомления и ориентировочного использования.
Диоксид циркония (ZrO₂) — это высокотехнологичный материал, представленный тремя основными модификациями: Mg-PSZ (частично стабилизированный магнием), Y-TZP (тетрагональный, стабилизированный иттрием) и Y-FSZ (полностью стабилизированный иттрием). Прежде всего, эти материалы ценятся за исключительную прочность, термостойкость и химическую стабильность. Благодаря таким характеристикам они нашли применение в самых разных отраслях — от медицины до аэрокосмической промышленности. Кроме того, их биосовместимость и износостойкость делают их незаменимыми для изготовления имплантов и высоконагруженных деталей.
—-
Mg-PSZ — это частично стабилизированный магнием диоксид циркония, который отличается высокой механической прочностью и устойчивостью к термическим нагрузкам. Главное его преимущество — материал демонстрирует отличную трещиностойкость. Более того, он сохраняет стабильность при высоких температурах, что делает его идеальным для использования в промышленных условиях.
Основные сферы применения включают производство износостойких деталей, таких как направляющие втулки, уплотнения и режущие инструменты. При этом его плотность ниже, чем у других видов ZrO₂, что снижает общий вес конструкций без потери прочности.
—-
Y-TZP — это тетрагональный диоксид циркония, стабилизированный иттрием, который славится своей рекордной прочностью и твердостью. Одной из ключевых особенностей этого материала является эффект трансформационного упрочнения: при механической нагрузке тетрагональные кристаллы переходят в моноклинную фазу, блокируя распространение трещин.
Благодаря этим свойствам, Y-TZP широко используется в медицине — для изготовления зубных коронок, имплантов и ортопедических протезов. Помимо этого, он востребован в точном машиностроении, где требуется сочетание высокой прочности и износостойкости.
—-
Y-FSZ — это полностью стабилизированный иттрием диоксид циркония с кубической кристаллической структурой. В отличие от других модификаций, он обладает максимальной термостойкостью (до 2300°C).
Именно поэтому Y-FSZ применяется в самых требовательных условиях — в газовых турбинах, топливных элементах и аэрокосмической технике. Хотя его прочность (200–300 МПа) уступает Y-TZP, он превосходит аналоги по химической инертности и долговечности в агрессивных средах.