ジルコニアセラミックはアルミナセラミックよりも耐摩耗性に優れているのでしょうか？その理由は？

ジルコニアセラミックはアルミナセラミックよりも耐摩耗性に優れているのでしょうか？その理由は？

ジルコニウム酸化物と 酸化アルミニウム 技術部品のエンジニアリングにおけるセラミック。どちらも驚異的な機械的、化学的、物理的特性を備えています。

そして私たちは 包括的な区別 これらの特性に基づいて 2 つのセラミックを比較します。

しかし、ジルコニアと酸化アルミニウムを、耐摩耗性だけに焦点を当てて比較するとどうでしょうか?

ジルコニアと酸化アルミニウムセラミックスの耐摩耗性

ジルコニアとアルミナは、特定の状況下では異なる摩耗ダイナミクスを示します。

1. 極低温環境

極低温環境にさらされた場合のアルミナの摩耗挙動はジルコニアと比べてどうですか?

アルミナストーンの体験 三体摩耗 低温では、摩擦によって生成された微粒子が摺動面の間に入り込み、第三の物体として作用し、材料損失を引き起こします。

滑りが続くと、 緩いアルミナ粒子は 摩擦係数この減少は、滑り速度が高いときに接触温度が上昇するからです。

さらに、アルミナは液体窒素（LN2）温度において高い熱伝導率を有します。液体窒素による連続的なフラッシングにより、接触面からより多くの熱が発生します。これにより、摩擦係数が低下します。

摩擦係数が低いということはどういう意味ですか? 耐摩耗性が弱いアルミナセラミックプレートです。

一方、ジルコニアは 二人で着用。 つまり、摺動体の間に緩く付着したジルコニア粒子が存在しないということです。

ジルコニアセラミックの摩耗率も、摺動が続くにつれて系統的に減少します。最終的には、ジルコニアに摩耗溝が形成される可能性があります。 ただし、最大摩耗深さでも、摩耗率は比較的低くなります。 

摩耗により負荷がわずかに増加しますが、アルミナとは異なり、耐摩耗性に大きな影響を与えることはありません。

したがって、 ジルコニアは極低温条件下ではアルミナよりも優れた耐摩耗性を示します。

2. 室温または高温

ジルコニアセラミック材料は、一般的に高温でも高い耐亀裂性を持ちます。

高温では液体潤滑剤を使用できないため、ジルコニアセラミックはマグネシウムとイットリウムの酸化物で安定化されます。この場合、セラミックは 摩擦係数の増加。  

しかし、改質されていないジルコニアセラミックは、高温条件下では表面疲労や脆性損傷が発生します。

ジルコニアの弾性率は、室内温度では1,500℃よりも高くなります。温度が上昇すると、微細構造の変化や不純物の存在により、硬度と機械的挙動が変化します。

一方、モース硬度（9）のアルミナは、酸化ジルコニウム（8.5）よりも高い。また、 ジルコニアに比べて熱安定性に優れています。 さらに、セラミックの 高エンタルピー 高温条件におけるその優れた性能と安定性は、アルミナ釉薬の優れた特性を物語っています。そのため、アルミナ釉薬は高温下での摩耗率が高い用途に最適です。

アルミナは高温下では塑性変形のような摩耗挙動の変化を示す。しかしながら、 高い硬度と低い 熱膨張係数 比較的優れた耐摩耗性を促進します。

アルミナは驚異的な熱安定性により、1,500℃という高温でも摩耗に耐えます。一方、ジルコニアは同温度で著しい摩耗と相転移を起こします。

したがって、 アルミナは高温ではジルコニアよりも耐摩耗性に優れています。

3. 酸性とアルカリ性の条件

高い弾性率、温度安定性、高硬度などの酸化アルミニウムセラミックの特性から、理想的な特性をすべて備えていると思われるかもしれません。

しかし、酸化ジルコニウムと比較して、化学物質への曝露に対してどのように反応するのでしょうか?

アルミナは高い熱安定性と耐摩耗性を備えているため、アルカリ環境における耐摩耗性が大幅に向上します。 

アルミナセラミック板は、水などの低アルカリ性環境に置かれると、その高い不溶性により優れた耐摩耗性を示します。さらに、セラミック材料は摩擦化学的な（水酸化物のような）層を形成し、摩耗に対する保護界面として機能します。

 一方、ジルコニアセラミック材料を水溶液に浸すと、相転移に関連するいくつかのメカニズムが働き始めます。そのため、同じ水溶液に浸した場合、アルミナ板よりも摩耗率が高くなります。この相転移は、酸性またはアルカリ性環境におけるジルコニアの性能を制限します。

したがって、 pH 制御条件下では、アルミナセラミックプレートはジルコニアプレートよりも耐摩耗性が優れています。

しかし、アルミナは、高酸性または高アルカリ性の溶液などの厳しい摩擦化学的条件下では、著しい摩耗速度を示します。同じ条件下では、ジルコニアほど腐食が顕著ではない可能性があります。

ジルコニア強化アルミナ（ZTA）セラミックス

アルミナの利点とジルコニアの特性を融合させたらどうでしょうか？微細構造レベルではどうなるのでしょうか？

酸化ジルコニウムをアルミナ複合材料に添加すると、格子ずれにより当初は緻密化が起こります。焼結後、ジルコニアとアルミナの二相になります。釉薬が冷却すると、ジルコニアは正方晶から単斜晶へと相転移し、微小亀裂の形成と体積減少を引き起こします。

マイクロクラックは、微細構造全体におけるマクロクラックの伝播を阻害します。これにより、強化メカニズムが生まれます。強化メカニズムを改善するには、より微細なジルコニア粒子の使用が推奨されます。

ジルコニア強化アルミナセラミックは、アルミナとジルコニアの長所を組み合わせたものです。 耐摩耗性、耐腐食性、曲げ強度、硬度などのアルミナセラミック材料の特性を活用します。

ジルコニアの含有率が高いため、高い破壊靭性を有し、これはひび割れの伝播や材料の破損を防ぐ上で重要です。さらに、硬度も高く、既知の最も硬い材料に次ぐ硬さを誇ります。つまり、 ZTAは圧力と高負荷に対して高い耐久性を持っています耐摩耗性に優れたセラミック素材です

結論

ここまで、アルミナとジルコニアが異なる条件下でどのように挙動し、それが耐摩耗性にどのような影響を与えるかについてご理解いただけたかと思います。どちらかが優れているとは断言できませんが、特定の条件下での摩耗挙動について概説しました。これらの情報が、お客様の産業用途に応じた意思決定の参考になれば幸いです。より詳しい情報や具体的なサービスについては、お気軽にお問い合わせください。 お問い合わせ 今日。