복합 세라믹을 사용해야 하는 이유는 무엇일까요? 지르코니아 강화 알루미나와 알루미나 강화 지르코니아는 어떻게 다를까요?

복합 세라믹은 재료 과학 분야에서 엄청난 발전을 이루었습니다. 지르코니아 강화 알루미나 알루미나 강화 지르코니아는 지르코니아와 알루미나의 장점을 모두 갖춘 두 가지 복합 세라믹입니다. 아래 기사에서는 지르코니아와 알루미나의 주요 차이점을 모두 나열합니다. 지르코니아 강화 알루미나 그리고 세라믹으로는 알루미나 강화 지르코니아가 있습니다.

지르코니아와 산화 알루미늄: 개요

알루미나 그리고 지르코니아 엔지니어링 분야에서 가장 널리 사용되는 두 가지 세라믹입니다. 알루미나는 우수한 열전도도와 경도로 잘 알려져 있습니다. 지르코니아는 뛰어난 인성과 내열성을 자랑합니다. 지르코니아의 인성과 내열성은 고온 및 고응력 환경에서도 뛰어난 기계적 복원력을 제공합니다.

지르코니아 및 지르코니아 세라믹 특성(ZrO2)

지르코니아라고도 불리는 산화지르코늄은 일반적으로 배들레이아이트(Baddeleyite)라고 하는 흰색 결정 형태로 발견됩니다. 가장 많이 연구된 세라믹 중 하나이며 단사정계 형태를 보입니다. 지르코니아는 고온에서 정방정계와 입방정계로 전이되는 특성도 보입니다. 지르코니아는 이트리아와 같은 다른 화합물을 첨가하면 안정화되어 형태 변화가 지연됩니다.

지르코니아는 내화재, 연마재, 에나멜을 형성하는 경질 세라믹 제조에 주로 사용됩니다. 또한 생체적합성 덕분에 치과용 부품으로도 활용됩니다. 안정화 지르코니아는 산소 센서와 연료 전지에 자주 사용됩니다. 높은 이온 전도도를 가지고 있어 전기 세라믹 분야에서도 성공적으로 활용되고 있습니다.

세라믹 지르코니아의 특성은 다음과 같습니다. 

알루미나 세라믹 및 알루미나 세라믹 특성(Al2O3)

알루미나 또는 산화알루미늄은 알록사이드(Aloxide) 또는 알런덤(Alundum)으로도 불립니다. 산화알루미늄은 높은 열전도도를 제공하는 최고의 전기 절연체 중 하나입니다. 일반적으로 물에 녹지 않으며, 강옥(Corundum)이라는 결정 형태로 흔히 발견됩니다. 뛰어난 생체 적합성과 불활성을 제공하여 의료 기기에 이상적입니다.

알루미나는 높은 경도, 내마모성, 그리고 낮은 침식 환경에 대한 저항성을 가지고 있습니다. 또한, 고온 저항성, 열 안정성, 그리고 우수한 열전도도는 알루미나를 사용함으로써 얻을 수 있는 추가적인 이점입니다. 알루미나 세라믹. 알루미나 세라믹 종종 반응기나 난방 시스템의 열전대와 같은 고온 응용 분야에 적합합니다.

세라믹 알루미나의 특성은 다음과 같습니다.

지르코니아 대 산화알루미늄

아래 표는 ZTA와 ATZ에 사용된 두 요소를 비교한 것입니다.

지르코니아 강화 알루미나(Al2O3-ZrO2)

지르코니아 강화 알루미나 이름에서 알 수 있듯이 지르코니아와 알루미나의 조합입니다. 지르코니아는 지르콘의 산화물로, 재료의 1/5 또는 1/10에 존재합니다. 지르코니아 강화 알루미나ZTA 제품은 일반적으로 알루미나보다 내구성이 뛰어나고 강하며 순수 지르코니아 금속보다 비용이 저렴합니다.

지르코니아 알루미나 기본적으로 구조적 장점이 기대되는 용도에 사용되며 안정성, 경도, 내마모성을 부여합니다. 지르코니아 알루미나 1500도C의 작동 온도를 포함하여 많은 물질적 장점이 있습니다. 지르코니아 알루미나 파괴인성이 더 높고 굽힘 강도가 우수하며, 열수성으로 인해 노화에 대한 내성이 더 뛰어납니다. 소결 및 열간 등방성 성형을 통해 지르코니아 알루미나 적용하는 애플리케이션에 신뢰성을 제공합니다.

지르코니아 강화 알루미나의 특성

의 속성 지르코니아 강화 알루미나 재료의 특성과 기능에 상당한 기여를 합니다. 기계적 강도는 지르코니아 알루미나 형성된 결정립의 준안정 정방정계(metastable tetragonal phase)의 결과입니다. 형성된 ZTA의 일반적인 시편은 10~20%의 ZrO₂를 함유합니다. ZrO₂의 함량은 다양한 응용 분야에서 ZTA를 사용할 때 결정적인 요소입니다.

지타 알루미나와 지르코니아 세라믹의 중간 기하구조를 고려했기 때문에 알루미나와 지르코니아 사이 가격으로 책정됩니다. 따라서 비용은 지르코니아 알루미나 순수 지르코니아와 알루미나보다 강도가 훨씬 낮습니다. 복합재의 강도는 응력 유도 변형(Stress induced transformation)이라는 공정을 통해 향상됩니다.

지르코니아 강화 알루미나의 응용 분야

의 응용 프로그램 지르코니아 강화 알루미나 참고용으로 아래에 제시되어 있습니다:

• 산업용 나사산, 와이어 게이지 및 금속 롤러

• 금속으로 만든 압출 다이

• 산업계에서 내구성 있게 사용되는 밸브 및 밸브 시트용 소재입니다.

• 내마모성 노즐 제작에 사용

• 초고압 응용 분야에 사용될 수 있는 펌핑 요소를 만드는 데 사용됩니다.

• 연마성 유체나 고유량 물질을 운반하는 라인에서 볼 밸브와 시트의 재료로 사용됩니다.

알루미나 강화 지르코니아

알루미나 강화 지르코니아(ATZ)는 탁월한 경도, 강도, 내마모성, 내식성을 갖춘 세라믹 복합재입니다. ATZ는 주로 기존 등압 가압 성형으로 제작되어 재료의 기계적 특성에 대한 신뢰성을 높입니다. 알루미나 강화 지르코니아는 일반적으로 지르코니아보다 손상에 대한 내성이 뛰어납니다. 알루미나 지르코니아 일반적으로 AZ 복합재라고 알려진 복합재 세트에 포함됩니다.

알루미나 강화 지르코니아의 특성

알루미나 강화 지르코니아는 1500°C의 작동 온도에서 작동합니다. 높은 내마모성, 화학적 불활성, 그리고 극한의 파괴 인성을 가지고 있으며, 순수 지르코니아보다 더 높은 강도를 제공합니다.

알루미나 지르코니아의 특성

• 알루미나 지르코니아 밸브 및 밸브 시트 등 고압 장비에 사용

• 알루미나 지르코니아 금속 성형 롤러 및 가이드로 사용됩니다.

• 이들은 샤프트 베어링과 부싱 소재에 사용됩니다.

지르코니아 강화 알루미나 대 알루미나 강화 지르코니아

지르코니아 알루미나와 알루미나 지르코니아 지르코니아와 알루미나로 구성된 복합 세라믹입니다. 지르코니아는 정방정계에서 부분적인 안정화 특성을 부여하고, 알루미나는 적당한 인성을 부여합니다. 알루미나와 지르코니아의 조합은 더 높은 경도와 우수한 강도를 유지하는 데 도움이 됩니다. 또한 저온에서의 열화 저항성을 부여합니다.

~ 안에 지르코니아 알루미나 세라믹, 지르코니아는 강화상을 구성하고, 기지상은 알루미나로 구성됩니다. 지르코니아 알루미나 알루미나에 안정화되지 않은 지르코니아를 첨가하여 더 높은 파괴인성을 부여함으로써 제조됩니다. 이는 균열 선단과 두 번째 상 사이의 상호작용의 결과입니다.  지르코니아 강화 알루미나 향상된 특성으로 인해 관절성형술과 같은 분야에 사용됩니다.

반면, 알루미나 강화 지르코니아는 강화상으로 알루미나를, 기지상으로 지르코니아를 함유합니다. 이 복합재는 일반적으로 지르코니아에 알루미나를 첨가하여 높은 인성을 가진 세라믹 재료를 얻는 방식으로 제조됩니다. 세라믹 알루미나 지르코니아 퓨어 지르코니아보다 내구성이 뛰어납니다.

지르코니아 알루미나와 알루미나 지르코니아의 이점

높은 강도와 파괴 인성을 가지고 있습니다. 알루미나 지르코니아 치과 임플란트와 같은 용도에 적합합니다. 또한, 뛰어난 생체 적합성으로 인해 정형외과 임플란트로도 적합합니다.

알루미나 지르코니아 또는 지르코니아 알루미나 둘 다 나노 또는 마이크로 크기로 제조할 수 있습니다. 지르코니아와 알루미나의 비율은 수요와 용도에 따라 적절히 조절됩니다. 다음과 같은 복합재는 알루미나 지르코니아 또는 지르코니아 알루미나 안정화 지르코니아보다 유리합니다. 부분 안정화 지르코니아 및 이트륨 안정화 지르코니아와 비교했을 때 다양한 특성을 제공합니다.

알루미나 지르코니아 그리고 지르코니아 알루미나 낮은 작동 온도에서도 열화에 강합니다. 또한 더 높은 강도와 높은 파괴인성을 제공합니다. 이러한 세라믹 복합재의 피로 강도는 지르코니아 또는 이트륨 강화 지르코니아보다 훨씬 더 안정적입니다.

결론

알루미나 강화 지르코니아 및 지르코니아 강화 알루미나 이 두 가지는 수많은 장점을 가진 최고의 복합 세라믹 중 하나입니다. 두 가지 세라믹을 조합하면 최종 복합재에 우수한 특성을 부여합니다. 하지만 상 전환을 통해 형성된 세라믹에 다양한 특성을 부여할 수 있었습니다.