Résistance à l'usure de la zircone par rapport à la céramique d'alumine

Introduction

Aujourd'hui, les ingénieurs se tournent vers les céramiques de zircone et d'alumine pour les applications exigeant une résistance élevée à l'usure. Pourquoi ? Parce que ces deux matériaux sont d'excellents abrasifs dans l'industrie des céramiques de pointe. Curieusement, leurs propriétés sont similaires, ce qui complique le choix pour les ingénieurs, les fabricants et certains orthopédistes. Vous vous demandez probablement quelle est la céramique la plus résistante à l'usure ? L'article d'aujourd'hui répond à cette question fréquente et vous présente certaines propriétés clés qui font de la zircone et de l'alumine d'excellentes résistances à l'usure. Vous découvrirez leurs performances et leurs différences. Plongeons-nous dans le vif du sujet !

Résistance à l'usure des céramiques en zircone et en alumine

L'usure due au frottement a incité de nombreuses entreprises et industries à privilégier aujourd'hui les céramiques techniques capables de résister ou de réduire l'impact du frottement et de l'usure. Les céramiques en zircone et en alumine sont des matériaux très résistants, capables de supporter des charges lourdes. La résistance à l'usure de la zircone est si forte qu'elle préserve efficacement la durée de vie et les performances de vos équipements. Imaginez une céramique peu encombrante, mais difficilement cassante. Si résistante que même à des températures extrêmes atteignant 2 100 °C, elle nécessiterait un processus rigoureux pour la fissurer. Vous conviendrez que les pièces de machines industrielles fonctionnant sans relâche pendant des heures dans des conditions de chaleur sont exposées au risque d'usure dû au frottement constant. Alors, quel autre matériau envisageriez-vous pour le revêtement ou la production de certaines de ces pièces, si ce n'est la zircone ?

L'alumine est un autre matériau très dur, aux propriétés similaires à celles de la zircone. C'est l'une des rares céramiques avancées à rivaliser avec la zircone sur le marché. Elle affiche d'ailleurs une excellente dureté de 9 sur l'échelle de Mohs et sa résistance à l'usure est également impressionnante. Cela signifie que, comme la zircone, elle peut également être utilisée pour fabriquer des pièces mécaniques robustes. Cependant, les céramiques d'alumine ont tendance à conduire la chaleur et l'électricité légèrement mieux que la zircone ; elles présentent toutes deux une excellente résistance à l'usure. Alors, que vous soyez chirurgien orthopédiste, dentiste travaillant avec des émaux et des prothèses dentaires en milieu hospitalier, ingénieur ou fabricant souhaitant produire des machines lourdes, des pièces détachées automobiles, des équipements électriques et industriels, lequel de ces matériaux serait votre meilleur choix ? Un choix difficile, n'est-ce pas ? Pas d'inquiétude, nous aborderons leurs différences à l'aide de cas concrets dans les sections suivantes.

Céramiques en zircone vs céramiques en oxyde d'aluminium

Céramiques en zircone (ZrO2)

La zircone est une céramique cristalline très résistante, également appelée oxyde de zirconium (ZrO2). Elle est formée d'oxyde de zirconium et existe naturellement sous une forme appelée Baddeleyite et présente une couleur blanc ivoire ou jaunâtre. Les produits en zircone sont remarquables et considérés comme les meilleurs abrasifs du marché de la céramique grâce à leur grande solidité et stabilité, ainsi qu'à leur excellente résistance aux températures extrêmement élevées, aux fractures, aux contraintes mécaniques et aux produits chimiques corrosifs. Leur densité exceptionnellement élevée et leur résistance à l'usure permettent d'obtenir des résultats optimaux, même dans des conditions défavorables. Les céramiques en zircone, sous leurs différentes formes et tailles, sont des composants idéaux pour les applications réfractaires, les roulements, les pièces de machines lourdes, l'électronique, l'automobile et l'aérospatiale.

Elle se transforme en différentes formes au contact de températures élevées, d'où l'utilisation de stabilisants comme l'yttrium et la cérine. Ceci explique la disponibilité de différents types de zircone, comme l'alumine renforcée à la zircone (ZTA), la zircone stabilisée à la magnésie, la zircone stabilisée à l'yttrium et la zircone stabilisée à la cérine. On a découvert que la zircone est hautement biocompatible. Comme elle ne s'use pas facilement et ne réagit pas négativement aux produits chimiques présents dans l'organisme, les chirurgiens et les orthopédistes l'utilisent désormais pour les problèmes osseux et dentaires.

La zircone est aujourd'hui un produit commercial très demandé malgré son coût élevé, sa difficulté à se procurer et à produire. Ses ventes mondiales ont dépassé 1,4 milliard de livres sterling (TP4T900 millions), principalement grâce à son excellente résistance à l'usure. Les acteurs du marché prévoient actuellement un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 61 millions de livres sterling (TP3T). Plusieurs méthodes de production de céramiques en zircone permettent de produire des céramiques en zircone, comme la calcination thermique, la chloration, la carburation, ou encore la décomposition de la forme naturelle à l'hydroxyde de sodium (NaOH) ou au bicarbonate de sodium (NaCO3) à des températures élevées d'environ 2 800 °C. Si vous n'êtes pas encore prêt à lancer la production, vous pouvez acheter des céramiques en zircone chez nous. GGSCéramiques. Nous sommes des fournisseurs fiables de certains des meilleurs produits en zircone que vous puissiez trouver sur le marché.

Propriétés de la céramique de zircone

Voici quelques propriétés de la zircone (ZrO2) qui la rendent vraiment attrayante et résistante à l'usure :

• Il a une ténacité à la rupture solide de 10 MPa·√m.

• Sa dureté Vickers est de 1 220 et de 8,5 sur l'échelle de dureté Mohs.

• À 20°C, sa résistance à la flexion est comprise entre 180 MPa et 1000 MPa.

• Il a un module d'élasticité d'environ 250 GPA.

• Son point de fusion varie de 1170°C à 2700°C.

• Il présente une résistance à la compression, une ténacité et une biocompatibilité très élevées.

• Sa densité peut atteindre 6,2 G/Cc.

• Il possède une rigidité diélectrique d'environ 300 V/mil.

• Sa résistivité volumique est de 5 x 10-3 à des températures atteignant 700°C.

• À 20°C, il possède une magnifique résistance à la traction de 300 MPa.

• Son taux d’absorption d’eau est de zéro pour cent.

• Il possède un haut niveau de résistance aux chocs et conductivité thermique de 3,5 W/mk.

Applications industrielles de la céramique de zircone

Voici quelques cas idéaux où vous pouvez utiliser ces produits en céramique de zircone :

• Le domaine médical dans la production d'émaux et d'os

• Applications d'ingénierie mécanique soumises à des contraintes élevées et à des températures ou environnements de travail intenses

• Production de roulements à billes et de bagues pour machines lourdes

• Production de pièces électroniques

• Applications aérospatiales

• Production de pots de broyage, de supports ou de mortiers, notamment à l'aide de type alumine trempée à la zircone.

• Production d'autres pièces structurelles en céramique dans les vannes, les pompes et les instruments d'analyse

Céramiques d'alumine (Al2O3)

Les céramiques d'alumine, également appelées céramiques d'oxyde d'aluminium (Al₂O₃), sont fabriquées industriellement à partir d'aluminium et d'oxygène. Il s'agit d'un composé cristallin blanc, parfois rosâtre, appelé commercialement corindon, bien qu'il puisse être produit principalement à partir de bauxite, sa forme naturelle. Comme la zircone, l'alumine est une céramique technique très brillante et résistante à l'usure. C'est une alternative plus économique à la zircone, avec un large éventail de propriétés chimiques et électriques qui la rendent utile à de nombreux secteurs. Fait intéressant, ces propriétés peuvent être améliorées par l'utilisation d'additifs lors du processus de production. Parmi les différents procédés de production, on trouve le coulage en barbotine, l'usinage au diamant, le pressage isostatique et le moulage par injection.

Les céramiques d'alumine offrent une excellente résistance à la corrosion et à l'usure grâce à l'aluminium très pur utilisé pour leur production. Plus leur teneur en alumine pure est élevée, plus leur résistance à l'usure et leur conductivité thermique sont élevées. Il existe différentes qualités de céramiques d'alumine, comme l'alumine hydratée, l'alumine calcinée, l'alumine tabulaire, etc. Leurs qualités varient selon la teneur en oxyde d'aluminium, les différents composants et les additifs utilisés par le fabricant.

Les céramiques d'alumine gagnent en popularité sur le marché mondial de la céramique grâce à leurs nombreuses propriétés exceptionnelles. En voici quelques-unes :

• Une ténacité à la rupture de 4,5 MPa·√m

• Un module d'élasticité de 400 GPa

• Sa capacité à résister à des températures allant jusqu'à 2 000 °C

• Une densité de 3,965 g/cm3

• Une résistance à la compression très élevée d'environ 3 500 MPa

• Sa capacité à résister aux attaques d'acides ou d'alcalis forts, même à des températures élevées

• Un haut trésistance aux chocs thermiques et conductivité thermique

• Une dureté nominale de 18 GPa

• Une résistance à la traction de 200 MPa

• Une résistance à la flexion comprise entre 500 et 600 MPa à 25 °C

• Une conductivité thermique de 45 W/mK à 25 °C

• Une rigidité diélectrique de 16 kV/mm à 25 °C

• Une résistivité volumique comprise entre 10¹⁴ et 10¹⁶.

Applications industrielles de la céramique à base d'oxyde d'aluminium

Voici quelques-unes des façons dont vous pouvez appliquer et utiliser avec succès la résistance à l'usure de la céramique d'alumine :

• Vous pouvez produire des composants à forte usure tels que des robinets et des pièces de machines industrielles

• Production de composants électriques et d'isolateurs haute tension

• Production de composants de machines tels que roulements à billes, tubes laser, rouleaux, bagues d'étanchéité, arbres de précision, etc.

• Vous pouvez obtenir des composants semi-conducteurs utiles à partir de céramiques d'alumine

• Il peut vous aider à produire des buses de soufflage et des revêtements de four

• L'armée l'utilise pour la production de balles, de gilets pare-balles, de blindages balistiques et de thermocouples.

• Les industries aérospatiales et automobiles utilisent la céramique d'alumine dans la production de pièces détachées pour véhicules et d'engins spatiaux.

Comparaison entre les céramiques en zircone et les céramiques en oxyde d'aluminium

La discussion a permis de clarifier la question de la céramique la plus résistante à l'usure. Vous avez pu constater la solidité technique de ces deux matériaux. En effet, la zircone s'impose comme une céramique plus performante et plus durable pour les applications techniques de haute précision, malgré son coût d'achat et de production élevé. L'alumine, quant à elle, est une option moins chère et plus couramment utilisée pour les applications moins exigeantes. Voici un tableau illustrant la nette différence de résistance à l'usure entre les céramiques en zircone et en alumine.

Alors, entre céramique zircone et céramique à l'oxyde d'aluminium, le choix vous appartient. Cela dépend de vos objectifs et des résultats que vous souhaitez obtenir pour votre application, que vous soyez médecin, ingénieur ou particulier recherchant des matériaux céramiques résistants à l'usure.

Questions fréquemment posées

Pourquoi l’oxyde de zircone (ZrO2) n’est-il pas un bon conducteur thermique ? 

C'est à cause de la disposition des atomes d'oxygène et de zircone dans la structure cristalline du ZrO2.

La zircone peut-elle également être qualifiée de métal ?

Non, vous pouvez l'appeler soit un matériau céramique, soit un oxyde métallique semi-conducteur, car il peut conduire l'électricité.

Lequel de ces deux matériaux céramiques est le meilleur pour les implants médicaux ?

La zircone a tendance à être plus adaptée aux implants médicaux/chirurgicaux en raison de sa nature résistante, de sa grande biocompatibilité et de sa capacité à résister à des contraintes/fractures extrêmes.

Conclusion

La zircone et l'alumine ont ouvert la voie à la production d'équipements résistants à toutes les formes d'usure. Leur fiabilité imbattable, que ce soit dans des conditions de fortes contraintes, à des températures de travail élevées ou en cas de fractures soudaines, est un atout recherché par la quasi-totalité des fabricants et des utilisateurs. C'est le moment idéal pour investir et repousser les limites de la céramique mondiale, comme ces deux poids lourds. Bonne nouvelle : vous pouvez nous contacter rapidement à l'adresse suivante : GGSCéramiques Découvrez les meilleurs produits en zircone, en alumine renforcée à la zircone et en céramique d'alumine. N'attendez plus ! Rejoignez-nous dès maintenant !