Slijtvastheid van zirkoniumoxide versus aluminiumoxidekeramiek

Invoering

Ingenieurs kiezen tegenwoordig voor zirkoniumoxide en aluminiumoxidekeramiek voor toepassingen die een hoge slijtvastheid vereisen. Waarom? Omdat deze twee materialen uitstekende schuurmiddelen zijn in de geavanceerde keramische industrie. Interessant genoeg hebben ze vergelijkbare eigenschappen, waardoor het voor ingenieurs, fabrikanten en sommige orthopedisten lastig is om de beste te kiezen. U vraagt zich waarschijnlijk af: wat is het meest slijtvaste keramiek? Het artikel van vandaag beantwoordt deze veelgestelde vraag en laat u ook enkele belangrijke eigenschappen zien die zirkoniumoxide en aluminiumoxide zo goed bestand maken tegen slijtage. U leert over hun prestatienormen en kent de verschillen. Laten we er meteen induiken!

Slijtvastheid van zirkoniumoxide en aluminiumoxidekeramiek

Slijtage door wrijving heeft ertoe geleid dat veel bedrijven en industrieën tegenwoordig op zoek zijn naar technisch keramische materialen met een sterk vermogen om de impact van wrijving en slijtage te weerstaan of te verminderen. Zirkoniumoxide en aluminiumoxidekeramiek zijn zeer sterke materialen die bestand zijn tegen zware toepassingen. De slijtvastheid van zirkoniumoxide is zo sterk dat het de levensduur en prestatienormen van uw apparatuur effectief kan behouden. Stelt u zich een keramisch materiaal voor dat niet zo omvangrijk is, maar toch niet gemakkelijk breekt. Het is zo sterk dat u zelfs bij extreme temperaturen van 2100 °C nog steeds een rigoureus proces zou moeten doorlopen om het te laten barsten. U zult het ermee eens zijn dat industriële machineonderdelen die urenlang onvermoeibaar werken in verhitte omstandigheden het risico lopen op slijtage door constante wrijving. Dus, welk ander materiaal zou u overwegen voor het coaten of produceren van sommige van deze machineonderdelen, behalve zirkoniumoxide?

Alumina is een ander zeer hard materiaal met vergelijkbare eigenschappen als zirkoniumoxide. Het is een van de weinige geavanceerde keramieksoorten op de markt die zirkoniumoxide kan evenaren. Het heeft zelfs een briljante score van 9 op de hardheidsschaal van Mohs en de slijtvastheid is indrukwekkend. Dit betekent dat je het, net als zirkoniumoxide, kunt gebruiken om robuuste machineonderdelen te maken. Alumina-keramiek geleidt warmte en elektriciteit echter iets beter dan zirkoniumoxide; beide materialen zijn nog steeds uitstekend bestand tegen slijtage. Dus, als orthopedisch chirurg, tandarts die met emaille werkt en tandarts in het ziekenhuis, ingenieur of fabrikant die zware machines, auto-onderdelen, elektrische en industriële apparatuur wil produceren, welk van deze materialen zou je het beste kiezen? Moeilijke keuze, toch? Maak je geen zorgen, we zullen de verschillen in de volgende secties met aangezette gevallen bespreken.

Zirkonia-keramiek versus aluminiumoxide-keramiek

Zirkonia (ZrO2) keramiek

Zirkonia is een zeer taai kristallijn keramisch materiaal, ook wel zirkoniaoxide (ZrO2) genoemd. Het wordt gevormd als een oxide van zirkonium en komt van nature voor in een vorm die Baddeleyiet en heeft een ivoorwitte of gelige kleur. Zirkonia-producten zijn uitstekend en worden beschouwd als de beste schuurmiddelen op de keramische markt vanwege hun hoge sterkte en stabiliteit, hun sterke weerstand tegen extreem hoge temperaturen, breuken, mechanische belasting en corrosieve chemicaliën. Hun ongewoon hoge dichtheid en slijtvastheid kunnen u helpen maximale resultaten te behalen, zelfs onder ongunstige omstandigheden. Zirkonia-keramiek in verschillende vormen en maten is ideaal voor toepassingen in vuurvaste materialen, lagers, zware machineonderdelen, elektronica, auto's en de lucht- en ruimtevaart.

Het verandert in verschillende vormen bij contact met hoge temperaturen, vandaar het gebruik van stabilisatoren zoals yttriumoxide en ceriumoxide. Dit verklaart de beschikbaarheid van verschillende soorten zoals zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide (ZTA), met magnesium gestabiliseerd zirkoniumoxide, met yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxide en met cerium gestabiliseerd zirkoniumoxide. Op de een of andere manier is ontdekt dat zirkoniumoxide zeer biocompatibel is. Omdat het niet snel slijt en niet negatief reageert met chemicaliën in het lichaam, gebruiken chirurgen en orthopedisch chirurgen het nu in gevallen met betrekking tot bot en tanden.

Zirkonia is tegenwoordig een commercieel product met een hoge vraag, ondanks de hoge kosten, de moeilijkheidsgraad en de productie ervan. De wereldwijde omzet bedraagt meer dan $900 miljoen, voornamelijk dankzij de uitstekende slijtvastheid. Marktmakers voorspellen nu een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 6%. We kunnen gerust stellen dat u zirkonia-keramiek kunt produceren met verschillende methoden, zoals thermische calcinatie, chlorering, carbidering en het gebruik van natriumhydroxide (NaOH) of natriumbicarbonaat (NaCO3) om de natuurlijk voorkomende vorm af te breken bij hoge temperaturen van ongeveer 2800 °C. Als u nog niet openstaat voor productie, kunt u zirkonia-keramiek bij ons kopen via GGSCeramics. Wij zijn betrouwbare leveranciers van enkele van de beste zirkoniaproducten die u kunt vinden.

Eigenschappen van zirkonia-keramiek

Enkele eigenschappen van zirkonia (ZrO2) die het echt aantrekkelijk en slijtvast maken, zijn:

• Het heeft een solide breuktaaiheid van 10 MPa·√m.

• De Vickers-hardheid bedraagt 1.220 en 8,5 op de hardheidsschaal van Mohs.

• Bij 20°C ligt de buigsterkte tussen 180 MPa en 1000 MPa.

• De elasticiteitsmodulus bedraagt ongeveer 250 GPA.

• Het smeltpunt ligt tussen 1170°C en 2700°C.

• Het heeft een zeer hoge druksterkte, taaiheid en biocompatibiliteit.

• De dichtheid bedraagt maximaal 6,2 G/Cc.

• Het heeft een diëlektrische sterkte van ongeveer 300V/mil.

• De volumeweerstand bedraagt 5 x 10-3 bij temperaturen tot 700°C.

• Bij 20°C heeft het een indrukwekkende treksterkte van 300 MPa.

• De waterabsorptiegraad is nul procent.

• Het bezit een hoge mate van schokbestendigheid en thermische geleidbaarheid van 3,5W/mk.

Industriële toepassingen van zirkoniumkeramiek

Enkele ideale gevallen waarin u deze Zirconia-keramische producten kunt gebruiken zijn:

• Het medische veld in de productie van emaille en botten

• Toepassingen in de machinebouw die gepaard gaan met hoge spanning en intense werktemperaturen of -omgevingen

• Productie van kogellagers en zware machineringen

• Productie van elektronische onderdelen

• Lucht- en ruimtevaarttoepassingen

• Productie van maalpotten, media of vijzels, met name met behulp van het type Zirconia Toughened Alumina.

• Productie van andere structurele keramische onderdelen in kleppen, pompen en analytische instrumenten

Alumina (Al2O3) keramiek

Alumina-keramiek, ook bekend als aluminiumoxide (Al2O3)-keramiek, wordt industrieel vervaardigd uit aluminium en zuurstof. Het is een witte of soms roze kristallijne verbinding die commercieel korund wordt genoemd, hoewel het voornamelijk kan worden geproduceerd uit bauxiet, de natuurlijk voorkomende vorm. Net als zirkoniumoxide is aluminiumoxide ook een zeer briljante, slijtvaste technische keramische optie. Het is een goedkoper alternatief voor zirkoniumoxide met een breed scala aan chemische en elektrische eigenschappen die het in veel industrieën bruikbaar maken. Leuk weetje is dat deze eigenschappen kunnen worden verbeterd door additieven in het productieproces te gebruiken. Enkele van de verschillende productieprocessen zijn onder andere slipgieten, diamantbewerking, isostatisch persen en spuitgieten.

Alumina-keramiek is uitstekend bestand tegen corrosie, slijtage en scheuren dankzij het zeer zuivere aluminium dat bij de productie ervan wordt gebruikt. Dit betekent dat hoe hoger het gehalte aan zuiver aluminiumoxide, hoe beter de slijtvastheid en thermische geleidbaarheid. Er bestaan verschillende soorten alumina-keramiek; voorbeelden zijn gehydrateerd aluminiumoxide, gecalcineerd aluminiumoxide, tabulair aluminiumoxide, enz. Deze zijn allemaal gebaseerd op het aluminiumoxidegehalte, de verschillende componenten en additieven die de fabrikant gebruikt.

Aluminiumoxidekeramiek wint momenteel enorm aan populariteit op de wereldwijde keramiekmarkt vanwege de vele fantastische eigenschappen die het bezit. Enkele daarvan zijn:

• Een breuktaaiheid van 4,5 MPa·√m

• Een elasticiteitsmodulus van 400 GPa

• Zijn vermogen om temperaturen tot 2.000°C te weerstaan

• Een dichtheid van 3,965 g/cm3

• Een zeer hoge druksterkte van ongeveer 3.500 MPa

• Het vermogen om bestand te zijn tegen aanvallen van sterke zuren of logen, zelfs bij hoge temperaturen

• Een hoge Tthermische schokbestendigheid en thermische geleidbaarheid

• Een hardheidsgraad van 18 GPa

• Een treksterkte van 200 MPa

• Een buigsterkte tussen 500-600 MPa bij 25°C

• Een thermische geleidbaarheid van 45 W/mK bij 25 °C

• Een diëlektrische sterkte van 16 kV/mm bij 25 °C

• Een volumeweerstand die varieert van 10¹⁴ tot 10¹⁶.

Industriële toepassingen van aluminiumoxidekeramiek

Enkele manieren waarop u de slijtvastheid van aluminiumoxidekeramiek succesvol kunt toepassen en benutten zijn:

• U kunt onderdelen produceren die onderhevig zijn aan zware slijtage, zoals kraanventielen en onderdelen voor industriële machines

• Productie van elektrische componenten en hoogspanningsisolatoren

• Productie van machineonderdelen zoals kogellagers, laserbuizen, rollen, afdichtingsringen, precisie-assen, etc.

• Je kunt bruikbare halfgeleideronderdelen verkrijgen uit aluminiumoxidekeramiek

• Het kan u helpen bij het produceren van straalpijpen en ovenbekledingen

• Het leger gebruikt het voor de productie van kogels, kogelwerende vesten, ballistische bepantsering en thermokoppels.

• De lucht- en ruimtevaart- en automobielindustrie gebruiken aluminiumkeramiek bij de productie van auto-onderdelen en ruimtevaartuigen.

Vergelijking tussen zirkoniumkeramiek en aluminiumoxidekeramiek

Uit de discussie tot nu toe is de vraag naar het meest slijtvaste keramiek beantwoord. U heeft gezien hoe technisch verantwoord deze twee keramische materialen zijn. Feit is dat zirkoniumoxide de overhand krijgt als een beter en duurzamer slijtvast keramiek voor zeer nauwkeurige technische toepassingen, ondanks de hoge aanschaf- en productiekosten. Alumina is daarentegen een goedkopere en vaker gebruikte optie voor minder veeleisende toepassingen. Hier is een tabel die het duidelijke verschil laat zien tussen de slijtvastheid van zirkoniumoxide en aluminiumoxidekeramiek.

Dus, zirkoniumoxide versus aluminiumoxide keramiek, de keuze is aan u. Afhankelijk van uw wensen en de resultaten die u met uw toepassing wilt behalen, of u nu een arts, ingenieur bent of op zoek bent naar hoogwaardige slijtvaste keramische materialen.

Veelgestelde vragen

Waarom is zirkoniumoxide (ZrO2) geen goede thermische geleider? 

Dit komt door de rangschikking van zuurstofatomen en zirkonia in de kristalstructuur van ZrO2.

Kan zirkonia ook een metaal genoemd worden?

Nee, je kunt het een keramisch materiaal noemen of een halfgeleidermetaaloxide, omdat het elektriciteit geleidt.

Welk van deze twee keramische materialen is het beste voor medische implantaten?

Zirkonia is doorgaans geschikter voor medische/chirurgische implantaten vanwege de taaiheid, de goede biocompatibiliteit en het vermogen om extreme spanning/breuken te weerstaan.

Conclusie

Zirkoniumoxide en aluminiumoxide hebben de weg vrijgemaakt voor de productie van apparatuur die absoluut bestand is tegen elke vorm van slijtage. Hun ongeëvenaarde betrouwbaarheid, of het nu gaat om hoge belasting, extreme werktemperaturen of plotselinge breuken, is iets waar bijna elke fabrikant en gebruiker naar op zoek is. Nu is het beste moment om te investeren en grenzen te verleggen in wereldwijde keramiek, net als deze twee zwaargewichten. Het goede nieuws is dat u snel contact met ons kunt opnemen via GGSCeramics Voor de beste producten van zirkoniumoxide, zirkoniumgehard aluminiumoxide en aluminiumoxidekeramiek. Wacht niet! Stap nu in de trein!