La cerámica compuesta ha valorado el régimen de la ciencia de los materiales con avances abrumadores. Alúmina endurecida con zirconio El zirconio endurecido con alúmina son dos cerámicas compuestas que ofrecen las ventajas del zirconio y la alúmina. El artículo a continuación enumera las principales diferencias entre... Alúmina endurecida con zirconio y zirconio endurecido con alúmina como cerámica.
Zirconia y óxido de aluminio: una descripción general
Alúmina y Zirconia Son las dos cerámicas más comunes en ingeniería. La alúmina es conocida por su buena conductividad térmica y su excelente dureza. La zirconia es conocida por su excelente tenacidad y resistencia térmica. Estas características le confieren resiliencia mecánica a altas temperaturas y tensiones.
Propiedades de la zirconia y cerámica de zirconia (ZrO2)
El óxido de zirconio, también conocido como zirconia, se presenta generalmente en forma cristalina blanca, conocida como baddeleyita. Es una de las cerámicas más estudiadas y presenta una forma monoclínica. La zirconia también presenta una transición a la forma tetragonal y cúbica a temperaturas de operación más altas. La zirconia se estabiliza al añadirle diferentes compuestos, como la itria, lo que retarda los cambios de forma.
El zirconio se utiliza principalmente en la fabricación de cerámicas duras, ya que forma materiales refractarios, abrasivos y esmaltes. También forma elementos dentales gracias a su biocompatibilidad. El zirconio estabilizado se utiliza a menudo en sensores de oxígeno y pilas de combustible. Presenta una alta conductividad iónica y se emplea con éxito en electrocerámica.
Aquí se enumeran las propiedades de la zirconia cerámica.
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PROPIEDADES |
UNIDADES |
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Densidad de zirconia |
5,7 g/cc |
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Dureza de la zirconia |
13 G Pa |
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Conductividad térmica de la zirconia |
3 W/Mk |
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Coeficiente de expansión térmica de la zirconia |
10 X 10-6 (1/C) |
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Resistencia a los golpes de zirconio |
250 grados Celsius |
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Resistencia a la flexión |
1000 MPa |
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Resistencia a la compresión |
2000 MPa |
Propiedades de la cerámica de alúmina y de la cerámica de alúmina (Al2O3)
La alúmina u óxido de aluminio, también conocido como alóxido y alundum, es uno de los mejores aislantes eléctricos, ofreciendo una alta conductividad térmica. Generalmente es insoluble en agua y se encuentra comúnmente en forma cristalina, conocida como corindón. Ofrece excelente biocompatibilidad e inercia, lo que lo hace ideal para dispositivos médicos.
La alúmina presenta alta dureza, resistencia al desgaste y menor erosión. La resistencia a altas temperaturas, la estabilidad térmica y la buena conductividad térmica son otras ventajas de su uso. Cerámica de alúmina. Cerámica de alúmina A menudo es adecuado para aplicaciones de alta temperatura, como termopares en reactores o sistemas de calefacción.
Las propiedades de la alúmina cerámica se enumeran a continuación:
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PROPIEDADES |
UNIDADES |
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Densidad de alúmina |
3,72 g/cc |
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Dureza de la alúmina |
1100 kg/mm2 |
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Conductividad térmica de la alúmina |
25 W/Mk |
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Coeficiente de expansión térmica de la alúmina |
8,2 X 10-6 (1/C) |
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Capacidad calorífica específica de la alúmina |
880 J/KgK |
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Resistencia a la flexión |
345 MPa |
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Resistencia a la compresión |
2100 MPa |
Zirconia vs. óxido de aluminio
La siguiente tabla destaca una comparación entre los dos elementos utilizados en ZTA y ATZ.
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Propiedad |
Alúmina |
Zirconia |
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Composición química |
(Al2O3) |
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Propiedades térmicas |
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Propiedades mecánicas |
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Resistencia química |
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Ciencias económicas |
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Alúmina endurecida con zirconio (Al2O3-ZrO2)
Alúmina endurecida con zirconio Como su nombre indica, es una combinación de zirconio y alúmina. El zirconio es el óxido de circón presente en una quinta o décima parte del material. Alúmina endurecida con zirconioLos productos ZTA son generalmente duraderos y más resistentes que la alúmina y tienen un costo menor que el del metal zirconio puro.
Alúmina de zirconio Se utiliza básicamente en aplicaciones donde se esperan méritos estructurales ya que imparten estabilidad, dureza y resistencia al desgaste. Alúmina de zirconio Tiene muchas ventajas materiales que incluyen una temperatura de trabajo de 1500 °C. Alúmina de zirconio Presenta mayor tenacidad a la fractura, excelente resistencia a la flexión y mayor tolerancia al envejecimiento debido a sus características hidrotérmicas. Se sinterizan y prensan isostáticamente en caliente para garantizar... Alúmina de zirconio aporta fiabilidad a las aplicaciones a las que están sometidos.
Propiedades de la alúmina endurecida con zirconio
Las propiedades de Alúmina endurecida con zirconio tiene una contribución significativa a la naturaleza y funcionalidad del material. La resistencia mecánica de Alúmina de zirconio Es el resultado de la fase tetragonal metaestable de los granos formados. La muestra común de ZTA formada tendrá un porcentaje de ZrO₂ del 10 al 20 %. El porcentaje de ZrO₂ es el factor decisivo para el uso de ZTA en diversas aplicaciones.
ZTA Su precio se sitúa entre la alúmina y la zirconia, ya que la geometría se considera intermedia entre la alúmina y la cerámica de zirconia. De ahí el coste de Alúmina de zirconio Es mucho menor que la del zirconio puro y la alúmina. La resistencia del compuesto aumenta mediante un proceso denominado transformación inducida por tensión para endurecerlo.
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PROPIEDADES |
VALOR |
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Densidad |
4,1 – 4,38 g/cm3 |
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Dureza |
1750 – 2100 Knoop |
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Elasticidad |
45 – 49 x 106 Psi |
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Expansión térmica |
8,1 x 10-6 1/c |
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Coeficiente de Poisson |
0.26 |
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Resistencia a la flexión |
130 kSi |
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Conductividad térmica |
20 – 21 W/Mk |
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Resistencia a la compresión |
2500 – 3000 MPa |
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Dureza Vickers |
16 – 21,5 GPa |
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Rigidez dieléctrica |
16 kV/mm |
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Resistividad de volumen |
>1016 ohmios-cm |
Aplicaciones de la alúmina endurecida con zirconio
Las aplicaciones de Alúmina endurecida con zirconio se dan a continuación como referencia:
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Hilos, Calibres de alambre y Rodillos metálicos para uso industrial
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Matrices de extrusión de metal
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Material para válvulas y asientos de válvulas para aplicación duradera en la industria.
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Se utiliza para fabricar boquillas resistentes a la abrasión.
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Se utiliza para fabricar elementos de bombeo que se pueden emplear en aplicaciones de ultra alta presión.
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Se utiliza como material de fabricación para válvulas de bola y asientos en líneas que transportan fluidos abrasivos o materiales de alto caudal.
Zirconia endurecida con alúmina
La zirconia endurecida con alúmina (ZTA) es un compuesto cerámico con una dureza, resistencia, resistencia al desgaste y a la corrosión impecables. La ZTA se forma principalmente mediante prensado isostático convencional para aumentar la fiabilidad de sus propiedades mecánicas. La zirconia endurecida con alúmina es generalmente más resistente a los daños que la zirconia. Zirconia de alúmina Generalmente se incluye en un conjunto de compuestos conocidos como compuestos AZ.
Propiedades de la zirconia endurecida con alúmina
La zirconia endurecida con alúmina funciona a una temperatura de operación de 1500 °C. Presenta alta resistencia al desgaste, inercia química y una gran tenacidad a la fractura. Ofrece mayor resistencia en comparación con la zirconia pura.
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PROPIEDADES |
VALOR |
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Densidad |
5,5 g/cm3 |
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Dureza |
14 GPa |
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Elasticidad |
45 – 49 x 106 Psi |
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Coeficiente de Poisson |
0.23 |
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Resistencia a la flexión |
1800 kSi |
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Conductividad térmica |
6 W/Mk |
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Resistencia a la compresión |
2500 MPa |
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Módulo de Young |
340 GPa |
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Rigidez dieléctrica |
25 kV/mm |
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Resistividad de volumen |
>1016 ohmios-cm |
Propiedades de la zirconia alúmina
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Zirconia de alúmina Se utiliza en equipos de alta presión como válvulas y asientos de válvulas.
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Zirconia de alúmina Se utiliza como rodillos y guías formadores de metal.
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Se utilizan en cojinetes de ejes y material de bujes.
Alúmina endurecida con zirconio vs. zirconio endurecido con alúmina
Alúmina de zirconio y alúmina zirconio Son cerámicas compuestas de zirconio y alúmina. El zirconio proporciona una estabilización parcial en su fase tetragonal, mientras que la alúmina proporciona una tenacidad moderada. La combinación de alúmina y zirconio ayuda a conservar propiedades de mayor dureza y buena resistencia. También proporciona resistencia a la degradación a baja temperatura.
En Alúmina de zirconio Cerámica, Zirconia hace que la fase de endurecimiento y la fase matriz estén formadas por Alúmina. Alúmina de zirconio Se obtiene añadiendo zirconio no estabilizado a la alúmina para conferirle propiedades de mayor tenacidad a la fractura. Esto es resultado de la interacción entre el frente de la grieta y la segunda fase. Alúmina endurecida con zirconio Se utiliza en aplicaciones como la artroplastia debido a sus propiedades mejoradas.
Por otro lado, la zirconia endurecida con alúmina tiene alúmina como fase endurecedora y zirconia como fase matriz. El compuesto generalmente se fabrica añadiendo alúmina a la zirconia para obtener un material cerámico de alta tenacidad. Zirconia de alúmina es más duradero que el de Zirconia pura.
Beneficios de la alúmina de zirconio y la alúmina zirconio
La alta resistencia y tenacidad a la fractura de Zirconia de alúmina Lo hace adecuado para aplicaciones como implantes dentales. También es adecuado como implante ortopédico gracias a su biocompatibilidad superior.
Zirconia de alúmina o Alúmina de zirconio Ambos pueden prepararse a escala nanométrica o microscópica. El porcentaje de zirconio y alúmina se ajusta según la demanda y la aplicación. El compuesto, como Zirconia de alúmina o Alúmina de zirconio Son más ventajosos que la zirconia estabilizada. Ofrecen diversas propiedades en comparación con la zirconia parcialmente estabilizada y la zirconia estabilizada con itrio.
Zirconia de alúmina y Alúmina de zirconio Resiste la degradación a bajas temperaturas de operación. También ofrece mayor resistencia y alta tenacidad a la fractura. La resistencia a la fatiga de estos compuestos cerámicos es mucho mejor que la de la zirconia estabilizada o la zirconia endurecida con itrio.
En resumen
Zirconia endurecida con alúmina y Alúmina endurecida con zirconio Dos de los mejores compuestos cerámicos ofrecen numerosas ventajas. La combinación de estos dos materiales cerámicos proporciona propiedades superiores al compuesto final. Sin embargo, la alternancia de fases ha contribuido a obtener un conjunto diferente de propiedades en la cerámica formada.