Apakah Keramik Zirkonia Memiliki Ketahanan Aus yang Lebih Baik daripada Keramik Alumina? Mengapa?

Apakah Keramik Zirkonia Memiliki Ketahanan Aus yang Lebih Baik daripada Keramik Alumina? Mengapa?

Ada tarikan konstan antara zirkonium oksida dan aluminium oksida Keramik dalam rekayasa komponen teknis. Keduanya menunjukkan sifat mekanik, kimia, dan fisik yang luar biasa.

Dan kami membuat sebuah perbedaan komprehensif antara dua keramik berdasarkan sifat-sifat ini.

Namun bagaimana jika membandingkan zirkonia dengan aluminium oksida, dengan fokus semata-mata pada ketahanan ausnya?

Ketahanan Aus Keramik Zirkonia vs. Keramik Aluminium Oksida

Zirkonia dan alumina menunjukkan dinamika keausan yang berbeda dalam keadaan tertentu:

1. Lingkungan Kriogenik

Bagaimana perilaku keausan alumina saat terkena lingkungan bersuhu sangat rendah dibandingkan dengan zirkonia?

Pengalaman batu alumina abrasi tiga benda pada suhu rendah. Hal ini terjadi karena butiran halus yang terbentuk akibat gesekan berada di antara permukaan yang bergeser. Oleh karena itu, butiran halus tersebut bertindak sebagai benda ketiga, yang menyebabkan kehilangan material.

Ketika pergeseran terus berlanjut, butiran alumina yang lepas menurunkan koefisien gesekanPenurunan ini disebabkan oleh peningkatan suhu kontak pada kecepatan geser yang tinggi.

Selain itu, alumina memiliki konduktivitas termal yang tinggi pada suhu nitrogen cair (LN2). Jika terjadi pembilasan terus-menerus oleh nitrogen cair, lebih banyak panas yang dihasilkan dari area kontak. Hal ini pada gilirannya menyebabkan koefisien gesekan yang lebih rendah.

Apa arti koefisien gesekan yang lebih rendah? Anda memiliki pelat keramik alumina dengan ketahanan yang lebih lemah terhadap keausan.

Zirkonia, di sisi lain, mengalami pakaian dua tubuh. Artinya, tidak ada butiran zirkonia yang melekat longgar di antara badan geser.

Laju keausan keramik zirkonia juga menunjukkan penurunan sistematis seiring berlanjutnya proses geser. Pada akhirnya, zirkonia dapat membentuk alur keausan. Akan tetapi, bahkan pada kedalaman keausan maksimum, laju keausannya relatif rendah. 

Keausan tersebut menyebabkan sedikit peningkatan beban, yang, tidak seperti alumina, tidak terlalu memengaruhi ketahanan ausnya.

Karena itu, zirkonia menunjukkan ketahanan aus yang lebih baik daripada alumina pada kondisi kriogenik.

2. Ruangan atau Suhu Tinggi

Bahan keramik zirkonia umumnya memiliki ketahanan retak yang tinggi pada suhu tinggi.

Karena pelumas cair tidak dapat digunakan pada suhu tinggi, keramik zirkonia distabilkan oleh oksida magnesium dan yttrium. Dalam hal ini, keramik akan mengalami peningkatan koefisien gesekan.  

Namun, keramik zirkonia yang tidak dimodifikasi mengalami kelelahan permukaan dan kerusakan getas dalam kondisi suhu tinggi.

Modulus elastisitas zirkonia pada suhu dalam ruangan lebih tinggi daripada pada suhu 1.500 derajat Celcius. Kekerasan dan perilaku mekanisnya berubah seiring meningkatnya suhu akibat perubahan struktur mikro dan keberadaan pengotor.

Di sisi lain, kekerasan alumina pada Mohs (9) lebih tinggi dibandingkan dengan kekerasan zirkonium oksida (8,5). memiliki stabilitas termal yang lebih baik dibandingkan dengan zirkonia. Selain itu, keramiknya entalpi tinggi menjelaskan kinerja dan stabilitasnya yang luar biasa dalam kondisi suhu tinggi. Oleh karena itu, glasir alumina ideal untuk aplikasi yang melibatkan tingkat keausan tinggi pada suhu tinggi.

Alumina mengalami perubahan dinamika keausan pada suhu tinggi, seperti deformasi plastis. Namun, kekerasannya yang tinggi dan rendah koefisien ekspansi termal meningkatkan ketahanan aus yang relatif lebih baik.

Berkat stabilitas termalnya yang luar biasa, alumina tahan aus pada suhu hingga 1.500 derajat Celcius. Pada suhu yang sama, zirkonia mengalami keausan dan transformasi fase yang signifikan.

Karena itu, alumina memiliki ketahanan aus yang lebih baik daripada zirkonia pada suhu tinggi.

3. Kondisi Asam dan Basa

Sifat keramik aluminium oksida, seperti modulus elastisitas tinggi, stabilitas suhu, dan kekerasan tinggi, dapat membuat Anda berasumsi bahwa keramik ini memiliki semua karakteristik ideal.

Namun bagaimana reaksinya terhadap paparan bahan kimia, dibandingkan dengan zirkonium oksida?

Stabilitas termal dan ketahanan abrasi alumina yang tinggi secara signifikan meningkatkan ketahanan ausnya dalam lingkungan alkali. 

Jika pelat keramik alumina ditempatkan dalam kondisi alkali rendah, seperti air, pelat tersebut menunjukkan ketahanan aus yang tinggi karena sifatnya yang tidak larut. Selain itu, material keramik ini memiliki lapisan tribokimia (hidroksida) yang berfungsi sebagai antarmuka pelindung terhadap keausan.

 Di sisi lain, jika material keramik zirkonia ditempatkan dalam larutan berair, beberapa mekanisme yang berkaitan dengan transformasi fase mulai terjadi. Hal ini menyebabkan laju keausan yang lebih tinggi dibandingkan pelat alumina jika ditempatkan dalam larutan yang sama. Transformasi fase ini membatasi kinerja zirkonia dalam lingkungan asam atau basa.

Karena itu, pelat keramik alumina memiliki ketahanan aus yang lebih baik daripada pelat zirkonia dalam kondisi pH yang terkontrol.

Namun, alumina mengalami tingkat keausan yang signifikan dalam kondisi tribokimia yang parah seperti larutan yang sangat asam atau basa. Korosi yang terjadi mungkin tidak sepenting zirkonia dalam kondisi yang sama.

Keramik Alumina yang Diperkuat Zirkonia (ZTA)

Bagaimana jika menggabungkan manfaat alumina dan sifat zirkonia? Apa yang terjadi pada tingkat mikrostruktur?

Penambahan zirkonium oksida ke komposit alumina awalnya akan menyebabkan densifikasi akibat deviasi kisi. Setelah sintering, akan terbentuk dua fase, zirkonia dan alumina. Saat glasir mendingin, zirkonia akan berubah dari tetragonal menjadi monoklinik, yang menyebabkan pembentukan retakan mikro dan penurunan volume.

Retakan mikro menghambat penyebaran retakan makro di seluruh struktur mikro. Hal ini menghasilkan mekanisme pengerasan. Untuk meningkatkan mekanisme pengerasan, disarankan penggunaan butiran zirkonia yang lebih kecil.

Keramik alumina yang diperkuat zirkonia menggabungkan yang terbaik dari alumina dan zirkonia. Ia memanfaatkan sifat-sifat material keramik alumina seperti ketahanan aus dan korosi yang tinggi, kekuatan lentur, dan kekerasan.

Kandungan zirkonianya memberikan ketangguhan fraktur yang tinggi, yang penting dalam mencegah perambatan retak dan kegagalan material. Selain itu, kekerasannya tinggi, hanya kalah dari material terkeras yang pernah diketahui. Artinya, ZTA memiliki daya tahan tinggi di bawah tekanan dan beban tinggi, yang menjadikannya bahan keramik yang sangat tahan aus

Kesimpulan

Sejauh ini, kami harap Anda telah mempelajari bagaimana alumina dan zirkonia berperilaku dalam berbagai kondisi dan bagaimana hal tersebut memengaruhi ketahanan ausnya. Meskipun kami mungkin tidak menunjukkan keduanya lebih baik, kami telah menguraikan perilaku keausannya dalam kondisi spesifik. Kami harap ini akan membantu Anda dalam mengambil keputusan, tergantung pada aplikasi industri Anda. Untuk informasi lebih lanjut atau layanan tertentu, silakan kunjungi Hubungi kami Hari ini.