Цирконий — это передовой керамический материал с широким спектром применения. Он обладает выдающимися свойствами. Среди его многочисленных свойств твердость является очень важной характеристикой и имеет решающее значение в таких областях применения, как стоматология и аэрокосмическая промышленность.
Ниже мы обсудим с вами ключевое свойство твердости циркония.
Что такое цирконий и почему его твердость имеет значение?
Химическая формула циркония — ZrO₂. Это современный керамический материал, известный своей высокой прочностью, износостойкостью и термической стабильностью. Среди различных показателей производительности твердость в основном отражается в способности противостоять деформации и царапанию. Для оксида циркония высокая твердость делает его незаменимым материалом в различных прочных и износостойких применениях, таких как некоторые режущие инструменты, коронки, протезы и другие детали.
Твердость циркония по разным шкалам
Твёрдость по шкале Мооса
Твердость по шкале Мооса оксида циркония составляет около 8,5, что немного ниже, чем у оксида алюминия (у сапфира — 9). Его твердость намного выше, чем у большинства металлов и стандартной керамики, что делает его очень устойчивым к царапинам и повреждениям поверхности в некоторых средах сильного износа и склонным к коррозии.
Твёрдость по Виккерсу
Твердость по Виккерсу оксида циркония составляет 1200-1400 HV, а твердость по Виккерсу различных обработанных компонентов может немного отличаться. Это значение подчеркивает его устойчивость к пластической деформации под концентрированной нагрузкой и является идеальным выбором для некоторых прецизионных инструментов и износостойких покрытий!
Твердость по Кнупу
В некоторых более точных применениях испытание на твердость по Кнупу позволяет измерить твердость циркония до значений, аналогичных измерениям по Виккерсу, что может помочь проверить его устойчивость к различным методам испытаний.
Факторы, влияющие на твердость циркония
Кристаллическая структура
Существует три основные кристаллические формы циркония: моноклинная, тетрагональная и кубическая. Тетрагональный цирконий обычно стабилизируется оксидом иттрия (Y-TZP) и обладает самой высокой твердостью благодаря плотной и однородной кристаллической структуре.
Стабилизирующие добавки
Добавление таких добавок, как оксид иттрия (Y₂O₃) и оксид магния (MgO) к оксиду циркония может значительно улучшить механические свойства оксида циркония, включая твердость. Y-TZP называют «керамической сталью» из-за его превосходной твердости и вязкости разрушения.
Технология обработки
Температура, давление и время спекания играют решающую роль в определении микроструктуры и твердости циркония. Отличная обработка может гарантировать, что изделия из циркония будут иметь минимальную пористость и получат более высокие показатели твердости.
Твердость циркония по сравнению с другими материалами
Сравнение с другими видами керамики
Глинозем:Цирконий немного мягче оксида алюминия, но он обладает большей прочностью и превосходит его во многих областях применения.
Карбид кремния (SiC) и карбид бора (B₄C):Эти материалы тверже циркония, но их вязкость разрушения ниже, поэтому цирконий более популярен в некоторых средах, где часто случаются удары.
Сравнение с металлом
Хотя оксид циркония не такой твердый, как некоторые керамические материалы, он намного тверже большинства металлов, включая сталь и титан. Это также делает его идеальным для многих быстроизнашивающихся компонентов.
Применение циркония в зависимости от его твердости
Промышленные инструменты и изнашиваемые детали
Высокая твердость и износостойкость циркония делают его эффективным износостойким компонентом в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
Медицинское и стоматологическое применение
В медицине оксид циркония широко используется в зубных коронках, имплантатах и хирургических инструментах благодаря своей износостойкости и биосовместимости.
Ювелирные изделия и драгоценные камни
Кубический цирконий обладает блеском, сравнимым с алмазом, и чрезвычайно высокой твердостью, что делает его популярной альтернативой в ювелирной промышленности.
Часто задаваемые вопросы
Какова твердость циркония?
Твердость оксида циркония по шкале Мооса обычно составляет 8,5, а его твердость по шкале Виккерса составляет 1200–1400 HV, что обеспечивает очень высокую износостойкость и устойчивость к царапинам.
Какова твёрдость кубического циркония?
Твердость по шкале Мооса кубического циркония также составляет 8,5, но его основное применение — ювелирные украшения, а не промышленное применение.
Как цирконий соотносится с металлами?
Цирконий тверже большинства металлов, таких как сталь и титан, что делает его идеальным для износостойких применений.
Заключение
Превосходная твердость циркония делает его ведущим материалом для промышленного и декоративного применения. Он обладает очень высокой износостойкостью и устойчивостью к деформации, а также может сохранять структурную целостность в экстремальных условиях. Это незаменимый материал во многих отраслях промышленности.