Resistência ao desgaste da cerâmica de zircônia versus alumina

Introdução

Hoje em dia, engenheiros recorrem às cerâmicas de zircônia e alumina para aplicações que exigem alta resistência ao desgaste. Por quê? Porque esses dois são excelentes abrasivos na indústria cerâmica avançada. Curiosamente, eles têm propriedades semelhantes, o que torna difícil para engenheiros, fabricantes e alguns ortopedistas escolherem a melhor entre eles. Você provavelmente está se perguntando: qual é a cerâmica mais resistente ao desgaste? O artigo de hoje responderá a essa pergunta popular e também mostrará algumas propriedades importantes que tornam a zircônia e a alumina excelentes na resistência ao desgaste. Você aprenderá sobre seus padrões de desempenho e conhecerá suas diferenças. Vamos direto ao assunto!

Resistência ao desgaste de cerâmicas de zircônia e alumina

O desgaste causado pelo atrito fez com que muitas empresas e indústrias hoje em dia buscassem materiais cerâmicos técnicos com forte capacidade de resistir ou reduzir o impacto do atrito, desgaste e ruptura. As cerâmicas de zircônia e alumina são materiais muito resistentes que podem suportar trabalhos pesados. A resistência da zircônia ao desgaste é tão forte que pode efetivamente preservar a vida útil e os padrões de desempenho do seu equipamento. Imagine um material cerâmico que não seja tão volumoso, mas que não se quebre facilmente. É tão resistente que, mesmo em temperaturas extremas de até 2.100 °C, você ainda teria que passar por um processo rigoroso para quebrá-lo. Você concordaria que peças de máquinas industriais trabalhando incansavelmente por horas em condições de calor estão sob risco de desgaste devido ao atrito constante. Então, que outro material você consideraria para revestir ou produzir algumas dessas peças de máquinas além da zircônia?

A alumina é outro material muito duro, com propriedades semelhantes à zircônia. É uma das poucas cerâmicas avançadas que podem competir de igual para igual com a zircônia no mercado. Aliás, ela tem uma classificação brilhante de 9 na escala de dureza de Mohs, e sua resistência ao desgaste também é impressionante. Isso significa que, assim como a zircônia, você também pode usá-la para fabricar peças de máquinas resistentes. No entanto, as cerâmicas de alumina tendem a conduzir calor e eletricidade um pouco melhor do que a zircônia; ambas ainda apresentam excelente resistência ao desgaste. Portanto, como cirurgião ortopédico, dentista que trabalha com esmaltes e materiais dentários em hospitais, engenheiro ou fabricante que busca produzir máquinas pesadas, peças de reposição para veículos, equipamentos elétricos e industriais, qual desses materiais seria a sua melhor escolha? Escolha difícil, certo? Não se preocupe, abordaremos as diferenças com os casos citados nas próximas seções.

Cerâmica de zircônia vs. cerâmica de óxido de alumínio

Cerâmica de zircônia (ZrO2)

A zircônia é um material cerâmico cristalino muito resistente, também chamado de óxido de zircônia (ZrO2). É formada como um óxido de zircônio e existe naturalmente em uma forma chamada Baddeleyita e tem uma aparência de branco marfim ou cor amarelada. Os produtos de zircônia são excepcionais e considerados os melhores abrasivos no mercado cerâmico devido à sua alta resistência e estabilidade, forte resistência a temperaturas extremamente altas, fraturas, estresse mecânico e produtos químicos corrosivos. Sua densidade excepcionalmente alta e resistência ao desgaste podem ajudar você a obter resultados máximos, mesmo em condições desfavoráveis. As cerâmicas de zircônia, em seus diferentes formatos e tamanhos, são componentes ideais para aplicações refratárias, rolamentos, peças de máquinas pesadas, eletrônica, automotiva e aeroespacial.

Ela se transforma em diferentes formas quando em contato com altas temperaturas, daí o uso de estabilizantes como Ítria e Céria. Isso explica a disponibilidade de diferentes tipos de ligas, como Alumina Temperada com Zircônia (ZTA), Zircônia estabilizada com Magnésia, Zircônia estabilizada com Ítria e Zircônia estabilizada com Céria. De alguma forma, descobriu-se que a zircônia é altamente biocompatível e, como não se desgasta facilmente e não reage negativamente com produtos químicos no corpo, cirurgiões e ortopedistas agora a utilizam em casos relacionados a ossos e dentes.

A zircônia tornou-se hoje um produto comercial com alta demanda, apesar de ser muito cara, difícil de encontrar e produzir, registrando vendas globais de mais de $900 milhões, principalmente devido à sua excelente capacidade de resistir ao desgaste. Os formadores de mercado projetam uma Taxa de Crescimento Anual Composta (CAGR) de 6%. É seguro dizer que você pode produzir cerâmicas de zircônia usando vários métodos, como calcinação térmica, cloração, carbonetação, usando hidróxido de sódio (NaOH) ou bicarbonato de sódio (NaCO3) para decompor a forma natural sob altas temperaturas de cerca de 2.800 °C. Se você ainda não está aberto à produção, pode comprar cerâmicas de zircônia conosco em GGSCerâmica. Somos fornecedores confiáveis de alguns dos melhores produtos de zircônia que você pode encontrar por aí.

Propriedades da Cerâmica de Zircônia

Agora, algumas propriedades da zircônia (ZrO2) que a tornam realmente atraente e resistente ao desgaste são:

• Possui uma classificação de tenacidade à fratura sólida de 10 MPa·√m.

• Sua dureza Vickers é 1.220 e 8,5 na escala de dureza de Mohs.

• A 20°C, sua resistência à flexão está entre 180 MPa e 1000 MPa.

• Possui um módulo de elasticidade de cerca de 250 GPA.

• Seu ponto de fusão varia de 1170°C a 2.700°C.

• Possui alta resistência à compressão, tenacidade e biocompatibilidade.

• Possui densidade de até 6,2G/Cc.

• Possui uma rigidez dielétrica de cerca de 300 V/mil.

• Possui resistividade volumétrica de 5 x 10-3 em temperaturas que chegam a 700°C.

• A 20°C, possui uma magnífica resistência à tração de 300 MPa.

• Possui taxa de absorção de água de zero por cento.

• Possui alto nível de resistência ao choque e condutividade térmica de 3,5 W/mk.

Aplicações Industriais da Cerâmica de Zircônia

Alguns casos ideais onde você pode usar esses produtos de cerâmica de zircônia são:

• A área médica na produção de esmaltes e ossos

• Aplicações de engenharia mecânica que envolvem alto estresse e temperaturas ou ambientes de trabalho intensos

• Produção de rolamentos de esferas e anéis de máquinas pesadas

• Produção de peças eletrônicas

• Aplicações aeroespaciais

• Produção de potes, meios ou argamassas de moagem, especialmente com o auxílio de alumina temperada com zircônia.

• Produção de outras peças cerâmicas estruturais em válvulas, bombas e instrumentos analíticos

Cerâmica de Alumina (Al2O3)

Cerâmicas de alumina, também conhecidas como cerâmicas de óxido de alumínio (Al2O3), são feitas industrialmente a partir de alumínio e oxigênio. É um composto cristalino branco ou, às vezes, rosado, comercialmente chamado de coríndon, embora possa ser produzido principalmente a partir de bauxita, sua forma natural. Assim como a zircônia, a alumina também é uma opção de cerâmica técnica muito brilhante e resistente ao desgaste. É uma alternativa mais barata à zircônia, com uma ampla gama de propriedades químicas e elétricas que a tornam útil para diversas indústrias. Um fato interessante é que essas propriedades podem ser aprimoradas com o uso de aditivos no processo de produção. Alguns dos vários processos de produção incluem fundição por deslizamento, usinagem com diamante, prensagem isostática e moldagem por injeção.

As cerâmicas de alumina são excelentes em resistir à corrosão e ao desgaste devido ao alumínio altamente puro utilizado em sua produção. Isso significa que quanto maior o teor de alumina pura, melhor a resistência ao desgaste e a condutividade térmica. Existem diferentes tipos de cerâmicas de alumina; exemplos são alumina hidratada, alumina calcinada, alumina tabular, etc. Todos eles se baseiam no teor de óxido de alumínio, nos vários componentes e aditivos utilizados pelo fabricante.

As cerâmicas de alumina estão ganhando cada vez mais popularidade no mercado cerâmico global devido às suas diversas propriedades excelentes. Algumas delas são:

• Uma tenacidade à fratura de 4,5 MPa·√m

• Um módulo de elasticidade de 400 GPa

• Sua capacidade de suportar temperaturas de até 2.000°C

• Uma densidade de 3,965g/cm3

• Uma resistência à compressão muito alta de cerca de 3.500 MPa

• Sua capacidade de resistir ao ataque de ácidos ou álcalis fortes, mesmo em altas temperaturas

• Um alto tresistência ao choque térmico e condutividade térmica

• Uma classificação de dureza de 18 GPa

• Uma resistência à tração de 200 MPa

• Uma resistência à flexão entre 500-600 MPa a 25°C

• Uma condutividade térmica de 45 W/mK a 25 °C

• Uma rigidez dielétrica de 16 kV/mm a 25 °C

• Uma resistividade de volume que varia de 10¹⁴ e 10¹⁶.

Aplicações industriais de cerâmicas de óxido de alumínio

Algumas das maneiras pelas quais você pode aplicar e utilizar com sucesso a resistência ao desgaste da cerâmica de alumina são:

• Você pode produzir componentes de desgaste pesado, como válvulas de torneira e peças de máquinas industriais

• Produção de componentes elétricos e isoladores de alta tensão

• Produção de componentes de máquinas como rolamentos de esferas, tubos de laser, rolos, anéis de vedação, eixos de precisão, etc.

• Você pode obter peças semicondutoras úteis de cerâmica de alumina

• Pode ajudá-lo a produzir bicos de jateamento e revestimentos de fornos

• Os militares o utilizam para a produção de balas, coletes à prova de balas, blindagem balística e termopares.

• As indústrias aeroespacial e automotiva utilizam cerâmicas de alumina na produção de peças de reposição para veículos e espaçonaves.

Comparação entre cerâmicas de zircônia e cerâmicas de óxido de alumínio

Da discussão até agora, a questão da cerâmica mais resistente ao desgaste foi esclarecida. Você viu como esses dois materiais cerâmicos são tecnicamente sólidos. O fato é que a zircônia se destaca como uma cerâmica melhor e mais durável, resistente ao desgaste, para aplicações técnicas de alta precisão, apesar do alto custo de aquisição e produção. Já a alumina é uma opção mais barata e mais comumente usada para aplicações menos exigentes. Aqui está uma tabela que mostra a clara diferença entre a resistência ao desgaste das cerâmicas de zircônia e alumina.

Portanto, a escolha entre cerâmica de zircônia e cerâmica de óxido de alumínio é sua. Dependendo do que você deseja e dos resultados que pretende obter com sua aplicação, seja como médico, engenheiro ou alguém que busca materiais cerâmicos de alta resistência ao desgaste.

Perguntas frequentes

Por que o óxido de zircônia (ZrO2) não é um bom condutor térmico? 

Isso ocorre devido ao arranjo dos átomos de oxigênio e zircônia na estrutura cristalina do ZrO2.

A zircônia também pode ser chamada de metal?

Não, você pode chamá-lo de material cerâmico ou óxido metálico semicondutor porque ele pode conduzir eletricidade.

Qual desses dois materiais cerâmicos é melhor para implantes médicos?

A zircônia tende a ser mais adequada para implantes médicos/cirúrgicos devido à sua natureza resistente, grande biocompatibilidade e capacidade de suportar estresse/fraturas extremos.

Conclusão

A zircônia e a alumina abriram caminho para a produção de equipamentos que podem suportar absolutamente qualquer tipo de desgaste. Sua confiabilidade imbatível, seja em condições de alto estresse, temperaturas de trabalho intensas ou fraturas repentinas, é algo que quase todos os fabricantes e usuários buscam. Agora é o melhor momento para você investir e quebrar barreiras em cerâmicas globais como essas duas gigantes. A boa notícia é que você pode entrar em contato conosco rapidamente pelo e-mail GGSCerâmica Para os melhores produtos de zircônia, alumina temperada com zircônia e cerâmicas de alumina. Não espere mais! Junte-se à equipe agora mesmo!