مقاومة التآكل للزركونيا مقابل سيراميك الألومينا

مقدمة

يلجأ المهندسون اليوم إلى سيراميك الزركونيا والألومينا في التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل. لماذا؟ لأن هذين النوعين من السيراميك يُعدّان من المواد الكاشطة الممتازة في صناعة السيراميك المتقدمة. ومن المثير للاهتمام أن خصائصهما متشابهة، مما يُصعّب على المهندسين والمصنعين وبعض جراحي العظام اختيار الأفضل بينهما. ربما تتساءل الآن: ما هو السيراميك الأكثر مقاومة للتآكل؟ ستجيب مقالة اليوم على هذا السؤال الشائع، وتُظهر لك أيضًا بعض الخصائص الرئيسية التي تجعل الزركونيا والألومينا ممتازين في مقاومة التآكل والتلف. ستتعرف على معايير أدائهما واختلافاتهما. هيا بنا!

مقاومة التآكل لسيراميك الزركونيا والألومينا

لقد دفع التآكل والتلف الناتج عن الاحتكاك العديد من الشركات والصناعات اليوم إلى البحث عن مواد سيراميكية تقنية ذات قدرة عالية على مقاومة أو تقليل تأثير الاحتكاك والتآكل والتلف. سيراميك الزركونيا والألومينا مواد متينة للغاية يمكنها تحمل المهام الشاقة. مقاومة الزركونيا للتآكل والتلف قوية جدًا لدرجة أنها يمكن أن تحافظ بشكل فعال على معايير عمر وأداء معداتك. تخيل فقط مادة سيراميكية ليست ضخمة جدًا، ولكنها لا تنكسر بسهولة. إنها متينة للغاية لدرجة أنه حتى في درجات حرارة عالية تصل إلى 2100 درجة مئوية، لا يزال يتعين عليك الخضوع لعملية صارمة لكسرها. ستوافق على أن أجزاء الآلات الصناعية التي تعمل بلا كلل لساعات في ظروف ساخنة معرضة لخطر التآكل والتلف بسبب الاحتكاك المستمر. إذن، ما هي المادة الأخرى التي قد تفكر فيها في طلاء أو إنتاج بعض أجزاء الآلات هذه غير الزركونيا؟

الألومينا مادة صلبة جدًا، لها خصائص مشابهة للزركونيا. وهي من السيراميك المتطور القليل الذي يضاهي الزركونيا في السوق. في الواقع، تتمتع بتصنيف ممتاز يبلغ 9 على مقياس صلابة موس، كما أن مقاومتها للتآكل مثيرة للإعجاب. هذا يعني أنه، مثل الزركونيا، يمكنك استخدامها أيضًا في صنع أجزاء آلات متينة. ومع ذلك، يميل سيراميك الألومينا إلى توصيل الحرارة والكهرباء بشكل أفضل قليلاً من الزركونيا؛ وكلاهما يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل والتلف. لذا، كجراح عظام، أو طبيب أسنان يعمل مع مينا الأسنان في المستشفى، أو مهندس أو مصنع يتطلع إلى إنتاج آلات ثقيلة وقطع غيار سيارات ومعدات كهربائية وصناعية، أي من هذه المواد سيكون خيارك الأفضل؟ خيار صعب، أليس كذلك؟ لا تقلق، سنغطي اختلافاتهم مع الحالات المحرضة في الأقسام التالية.

سيراميك الزركونيا مقابل سيراميك أكسيد الألومنيوم

سيراميك الزركونيا (ZrO2)

الزركونيا مادة سيراميكية بلورية متينة للغاية، تُعرف أيضًا بأكسيد الزركونيا (ZrO2). تتكون من أكسيد الزركونيوم، وتوجد طبيعيًا في صورة تُسمى بادليت يتميز بمظهر أبيض عاجي أو مصفر. تُعد منتجات الزركونيا من أفضل المواد الكاشطة في سوق السيراميك، بفضل قوتها وثباتها العاليين، ومقاومتها القوية لدرجات الحرارة العالية جدًا، والكسور، والإجهاد الميكانيكي، والمواد الكيميائية المسببة للتآكل. كثافتها العالية ومقاومتها للتآكل تُساعدانك على تحقيق أفضل النتائج حتى في الظروف القاسية. تُعد سيراميكات الزركونيا، بمختلف أشكالها وأحجامها، مكونات مثالية لتطبيقات المواد المقاومة للحرارة، والمحامل، وقطع غيار الآلات الثقيلة، والإلكترونيات، والسيارات، والطيران.

يتغير شكله عند تعرضه لدرجات حرارة عالية، ولذلك يُستخدم مثبتات مثل الإيتريا والسيرا. وهذا يُفسر توافر أنواع مختلفة من الزركونيا، مثل الألومينا المقسّاة بالزركونيا (ZTA)، والزركونيا المثبّتة بالمغنيسيا، والزركونيا المثبّتة بالإيتريا، والزركونيا المثبّتة بالسيرا. وقد اكتُشف بطريقة ما أن الزركونيا متوافقة حيويًا بشكل كبير، ولأنها لا تتآكل بسهولة ولا تتفاعل سلبًا مع المواد الكيميائية في الجسم، يستخدمها الجراحون وجراحو العظام الآن في الحالات المتعلقة بالعظام والأسنان.

أصبحت الزركونيا اليوم منتجًا تجاريًا ذا طلب كبير على الرغم من تكلفتها الباهظة وصعوبة الحصول عليها وإنتاجها، حيث سجلت مبيعات عالمية تجاوزت 1TP4900 مليون، ويعود ذلك أساسًا إلى قدرتها الممتازة على تحمل التآكل والتلف. ويتوقع صناع السوق الآن معدل نمو سنوي مركب (CAGR) قدره 6%. ويمكن القول بثقة إنه يمكن إنتاج سيراميك الزركونيا باستخدام عدة طرق، مثل التكليس الحراري، والكلورة، والكربنة، واستخدام هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو بيكربونات الصوديوم (NaCO3) لتحليل الشكل الطبيعي تحت درجات حرارة عالية تبلغ حوالي 2800 درجة مئوية. إذا لم تكن مستعدًا للإنتاج بعد، يمكنك شراء سيراميك الزركونيا منا على GGS سيراميك. لقد كنا موردين موثوقين لبعض أفضل منتجات الزركونيا التي يمكنك العثور عليها هناك.

خصائص سيراميك الزركونيا

الآن، بعض خصائص الزركونيا (ZrO2) التي تجعلها جذابة حقًا ومقاومة للتآكل هي:

• تتمتع بتصنيف صلابة الكسر الصلب بمقدار 10 ميجا باسكال·√م.

• تصل صلابته على مقياس فيكرز إلى 1220 و 8.5 على مقياس موس للصلابة.

• عند 20 درجة مئوية، تكون قوتها الانثناءية ما بين 180 ميجا باسكال و1000 ميجا باسكال.

• تبلغ معامل المرونة لديه حوالي 250 GPA.

• تتراوح درجة انصهاره ما بين 1170 درجة مئوية إلى 2700 درجة مئوية.

• يتميز بقوة ضغط عالية جدًا، وصلابة، وتوافق حيوي.

• تصل كثافتها إلى 6.2 جرام/سم مكعب.

• تمتلك قوة عازلة تبلغ حوالي 300 فولت/مل.

• تبلغ مقاومتها الحجمية 5 × 10-3 عند درجات حرارة تصل إلى 700 درجة مئوية.

• عند 20 درجة مئوية، تمتلك قوة شد رائعة تبلغ 300 ميجا باسكال.

• تتمتع بمعدل امتصاص للماء بنسبة صفر بالمائة.

• فهو يتمتع بمستوى عال من مقاومة الصدمات و الموصلية الحرارية 3.5 واط/متر مربع.

التطبيقات الصناعية لسيراميك الزركونيا

بعض الحالات المثالية التي يمكنك فيها استخدام منتجات سيراميك الزركونيا هي:

• المجال الطبي في إنتاج المينا والعظام

• تطبيقات الهندسة الميكانيكية التي تأتي مع ضغوط عالية ودرجات حرارة أو بيئات عمل مكثفة

• إنتاج محامل الكرات وحلقات الآلات الثقيلة

• إنتاج أجزاء الإلكترونيات

• تطبيقات الفضاء الجوي

• إنتاج جرار الطحن أو الوسائط أو الهاون، وخاصة بمساعدة نوع الزركونيا المقوى من درجة الألومينا.

• إنتاج أجزاء سيراميكية هيكلية أخرى في الصمامات والمضخات والأجهزة التحليلية

سيراميك الألومينا (Al2O3)

سيراميك الألومينا، المعروف أيضًا باسم سيراميك أكسيد الألومنيوم (Al2O3)، يُصنع صناعيًا من الألومنيوم والأكسجين. وهو مركب بلوري أبيض أو وردي اللون يُسمى تجاريًا كوروندوم، مع أنه يُمكن إنتاجه بشكل أساسي من البوكسيت، وهو شكله الطبيعي. ومثل الزركونيا، تُعد الألومينا أيضًا خيارًا سيراميكيًا تقنيًا لامعًا ومقاومًا للتآكل. وهو بديل أرخص من الزركونيا، ويتميز بمجموعة واسعة من الخصائص الكيميائية والكهربائية التي تجعله مفيدًا للعديد من الصناعات. ومن المثير للاهتمام أنه يُمكن تحسين هذه الخصائص باستخدام إضافات في عملية الإنتاج. تشمل بعض عمليات الإنتاج المختلفة الصب الانزلاقي، وتشكيل الماس، والضغط المتساوي، والقولبة بالحقن.

تتميز سيراميكات الألومينا بمقاومة ممتازة للتآكل والتلف والاهتراء بفضل الألومنيوم عالي النقاء المستخدم في إنتاجها. وهذا يعني أنه كلما زادت نسبة الألومينا النقية فيها، زادت مقاومتها للتآكل وقدرتها على التوصيل الحراري. وتوجد أنواع مختلفة من سيراميكات الألومينا؛ مثل الألومينا المائية، والألومينا المكلسة، والألومينا اللوحية، وغيرها. وتعتمد جميعها على محتوى أكسيد الألومنيوم، والمكونات المختلفة، والإضافات التي يستخدمها المصنع.

تحظى سيراميكات الألومينا بشعبية واسعة في سوق السيراميك العالمي بفضل خصائصها الرائعة، ومنها:

• صلابة الكسر 4.5 ميجا باسكال·√م

• معامل مرونة 400 جيجاباسكال

• قدرتها على تحمل درجات حرارة تصل إلى 2000 درجة مئوية

• كثافة 3.965 جم/سم3

• قوة ضغط عالية جدًا تبلغ حوالي 3500 ميجا باسكال

• قدرتها على تحمل هجوم الأحماض أو القلويات القوية، حتى في درجات الحرارة العالية

• ارتفاع تمقاومة الصدمات الحرارية والتوصيل الحراري

• تصنيف صلابة 18 جيجا باسكال

• قوة الشد 200 ميجا باسكال

• قوة انثناء تتراوح بين 500-600 ميجا باسكال عند 25 درجة مئوية

• موصلية حرارية تبلغ 45 واط/متر كلفن عند 25 درجة مئوية

• قوة عازلة تبلغ 16 كيلو فولت/مم عند 25 درجة مئوية

• مقاومة حجمية تتراوح بين 10¹⁴ و10¹⁶.

التطبيقات الصناعية لسيراميك أكسيد الألومنيوم

بعض الطرق التي يمكنك من خلالها تطبيق واستغلال مقاومة التآكل لسيراميك الألومينا بنجاح هي:

• يمكنك إنتاج مكونات ذات تآكل ثقيل مثل صمامات الصنبور وأجزاء الآلات الصناعية

• إنتاج المكونات الكهربائية والعوازل ذات الجهد العالي

• إنتاج مكونات الآلات مثل المحامل الكروية، وأنابيب الليزر، والبكرات، وحلقات الختم، والأعمدة الدقيقة، وما إلى ذلك.

• يمكنك الحصول على أجزاء أشباه الموصلات المفيدة من سيراميك الألومينا

• يمكن أن يساعدك في إنتاج فوهات التفجير وبطانات الفرن

• يستخدمه الجيش في إنتاج الرصاص والسترات الواقية من الرصاص والدروع الباليستية وأجهزة قياس الحرارة.

• تستخدم صناعات الطيران والسيارات سيراميك الألومينا في إنتاج قطع غيار المركبات والمركبات الفضائية.

مقارنة بين سيراميك الزركونيا وسيراميك أكسيد الألومنيوم

من خلال النقاش حتى الآن، تم تحديد السيراميك الأكثر مقاومة للتآكل. لقد رأيتم مدى فعالية هاتين المادتين من الناحية التقنية. في الواقع، تتفوق مادة الزركونيا كسيراميك أفضل وأكثر متانة ومقاومة للتآكل في التطبيقات التقنية عالية الدقة، على الرغم من تكلفتها الباهظة للشراء والإنتاج. بينما تُعد الألومينا خيارًا أرخص وأكثر شيوعًا للتطبيقات الأقل تطلبًا. فيما يلي جدول يوضح الفرق الواضح بين مقاومة التآكل لسيراميك الزركونيا والألومينا.

لذا، عند اختيار سيراميك الزركونيا أو أكسيد الألومنيوم، الخيار لك. يعتمد ذلك على ما تريده والنتائج التي تطمح إليها من تطبيقك، سواءً كنت طبيبًا أو مهندسًا أو شخصًا يبحث عن مواد سيراميكية ممتازة مقاومة للتآكل.

الأسئلة الشائعة

لماذا لا يعد أكسيد الزركونيا (ZrO2) موصلًا جيدًا للحرارة؟ 

يرجع ذلك إلى ترتيب ذرات الأكسجين والزركونيا في البنية البلورية لـ ZrO2.

هل يمكن أن يسمى الزركونيا أيضًا معدنًا؟

لا، يمكنك أن تسميها إما مادة سيراميكية أو أكسيد معدني شبه موصل لأنها قادرة على توصيل الكهرباء.

أيهما أفضل للغرسات الطبية من بين هاتين المادتين الخزفيتين؟

تميل مادة الزركونيا إلى أن تكون أكثر ملاءمة للغرسات الطبية / الجراحية بسبب طبيعتها الصلبة والتوافق الحيوي الكبير والقدرة على تحمل الضغوط / الكسور الشديدة.

خاتمة

مهدت الزركونيا والألومينا الطريق لإنتاج معدات قادرة على تحمل جميع أشكال البلى والتلف. موثوقيتها التي لا تُضاهى، سواءً في ظروف الإجهاد العالي، أو درجات حرارة العمل العالية، أو الكسور المفاجئة، هي ما يبحث عنه كل مُصنِّع ومستخدم تقريبًا. الآن هو الوقت الأمثل للاستثمار في السيراميك العالمي، مثل هاتين الشركتين الرائدتين، وتخطي الحدود. والخبر السار هو أنه يمكنك التواصل معنا بسرعة على GGS سيراميك لأفضل منتجات الزركونيا، والألومينا المقواة بالزركونيا، وسيراميك الألومينا. لا تنتظر! انضم إلينا الآن!