Cerâmica de zircônia constituem uma proporção importante da demanda mundial de zircônio. A zircônia obtida naturalmente ou Baddeleyita (ZrO2) é usado para produzir zircônia de engenharia. Como a estabilidade estrutural é o aspecto fundamental da ciência moderna, as informações sobre tenacidade à fratura da zircônia decide a adequação do material para uma aplicação específica.
Propriedades Mecânicas dos Materiais
A vida útil de um material, como ele se deforma, resiste a falhas e, por fim, falha, são medidas usando propriedades do material. Ductilidade é uma propriedade do material que pode sofrer grande quantidade de deformação plástica antes de falhar. Resistência representa a resistência do material e também o grau de ductilidade. A resistência máxima do material a qualquer tensão aplicada é resistência à tracção. Fadiga do metal é a fase que precede a fratura, onde o metal enfraquece devido a cargas repetidas aplicadas.
A fratura é a fase final de um material quando ele sucumbe à tensão aplicada. O estudo clássico sobre o tema até hoje é a teoria da fratura de Griffith, desenvolvida durante a Segunda Guerra Mundial. O estudo aborda a ciência da conservação de energia durante a vida útil do material.
Força de fratura, estresse e energia
Antes de saber Tenacidade à fratura, é importante entender Resistência à fratura. Resistência à fratura dá uma ideia de quanta resistência um material possui. A resistência à fratura é uma função da ligação atômica ou interatômica nos materiais, expressa em unidades de pressão.
O estresse associado à deformação é tensão de fratura e energia de fratura é a energia absorvida por um material durante a fissuração. Mecânica da fratura delineia duas ideias principais sobre energia. Energia de fratura, indicando a resiliência do material e energia de fratura taxa de liberação de energia, a força motriz que auxilia na propagação de fissuras. Ambas as energias mantêm relação análoga.
O que é tenacidade à fratura?
Como a evitação completa de falhas de fabricação é hipotética, saber tenacidade à fratura auxilia na avaliação do comportamento do material. A unidade de tenacidade à fratura é dado como Megapascals vezes metro quadrado (MPam2) e geralmente é calculado como força unitária vezes área.
Equação de tenacidade à fratura
Tenacidade à fratura também é conhecido como Crítico fator de intensidade de estresse . Conhecendo o fator crítico de intensidade de estresse É crucial saber o valor da tensão na qual um material se rompe se houver um vazio. A fórmula de tenacidade à fratura para calcular a fator crítico de intensidade de estresse é:
Eram,
é tenacidade à fratura
é o fator geométrico
é o estresse aplicado
é o comprimento da fissura
Mais do que ser um expressão matemática, isso ajuda o cientista a antecipar o comportamento de um material sob pressão.
Como medir a tenacidade à fratura
Existem várias maneiras de medir tenacidade à fratura. O teste amplamente utilizado entre todos é o teste de entalhe em V de Charpy método onde uma amostra com entalhe em V ou U é submetida a um impacto.
Tenacidade à fratura de cerâmicas
Os materiais de engenharia tornaram-se competitivos em termos de Tenacidade à fratura com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia. Vamos comparar o fator de tenacidade à fratura de diferentes materiais cerâmicos. Fator crítico de intensidade de estresse O KIC (Centro de Controle de Qualidade) de cerâmicas finas é tipicamente baixo. Em outras palavras, uma cerâmica fina fissurada é mais propensa a falhas sob tensão aplicada. Dadas as deficiências, cerâmicas avançadas têm sido consideradas uma alternativa melhor, com propriedades superiores. Tenacidade à fratura valores.
Comparando a tenacidade à fratura da zircônia e de outras cerâmicas
Tenacidade à fratura da alumina: A tenacidade à fratura da alumina varia de 3,3 a 4,5 MPam1/2Dependendo do tamanho do grão e da sinterização, os valores geralmente apresentam desvios. Por exemplo, a alumina densamente sinterizada é comparativamente mais frágil do que as outras equivalentes.
Tenacidade à fratura do vidro: As propriedades do vidro variam de acordo com o tipo e a espessura do material. A tenacidade à fratura do vidro pode ser tão baixa quanto 0,6 e tão alta quanto 0,8. MPam1/2.
Tenacidade à fratura da zircônia: A zircônia oferece extrema durabilidade e resistência ao desgaste. Por exemplo, uma faca de cerâmica de zircônia feita por sinterização em estado sólido é atualmente usada como alternativa às facas de aço. A tenacidade à fratura da zircônia depende de fatores como tamanho do grão, teor de ítria e parâmetros operacionais de sinterização e pós-sinterização. A tenacidade à fratura da zircônia, conforme indicado, é de cerca de 17. MPam1/2.
Aplicações de cerâmica de zircônia
Produtos de zircônia encontram um lugar em uma variedade de aplicações de engenharia devido à sua incomparável tenacidade à fratura e outras propriedades superiores.
Zircônia em Odontologia
A zircônia é usada na odontologia para diversas aplicações, como implantes, coroas e outros materiais ortodônticos.
Coroa de cerâmica de zircônia: É geralmente usado para preservação dos dentes em tratamentos odontológicos estéticos. Zircônia dentária As coroas apresentam maior resistência à fratura, mesmo com espessura de 0,5 mm. Isso é relativamente superior ao valor máximo de força de mordida de 1000. Coroa de cerâmica de zircônia apresenta vantagens como resistência a manchas, biocompatibilidade, preservação dos dentes sem metal e inúmeros outros benefícios. No entanto, Problemas com coroa de zircônia incluem desgaste imediato dos dentes, fratura, sensibilidade do paciente e translucidez mínima.
Imagem mostrando Coroa de Zircônia antes e depois
Ponte de zircônia vs. porcelana
A ponte de zircônia tem uma vida útil maior, cerca de 20 anos, do que a de porcelana. Em termos de aparência, as pontes de zircônia geralmente são mais atraentes devido à sua translucidez. A zircônia é mais resistente e apresenta menos problemas de lascamento e desgaste quando comparada às pontes de porcelana.
Zircônia estabilizada com ítrio
Zircônia estabilizada com ítrio é feito quando Óxido de ítrio III (Y2O3) é usado para estabilizar a estrutura cúbica cristalina da cerâmica. Zircônia estabilizada com ítrio (YSZ) oferece inúmeras propriedades, como resistência mecânica superior e excelentes propriedades ópticas e iônicas. Também é usado para fabricar Placas de zircônia que pode suportar temperaturas de 2000 graus ou mais. Com 8 mol% de ítria, polido placas de zircônia são quimicamente inertes e resistentes à abrasão.
Diamantes de zircônia
O diamante de zircônia é econômico e uma alternativa melhor ao diamante verdadeiro. Embora o diamante tenda a brilhar mais intensamente, os diamantes de zircônia não deixam de ser uma alternativa melhor para joias.
Conclusão
Cerâmica de zircônia são cerâmicas avançadas de alta qualidade com resistência superior à fratura ou tenacidade à fratura. Eles continuam a ser dominantes no setor devido às suas propriedades termofísicas incomparáveis e alta durabilidade. Como a alta resistência ao impacto oferecida é, podem ser utilizados com sucesso em cenários de engenharia resistentes ao desgaste e em altas temperaturas.