Износостойкость циркониевой керамики по сравнению с алюмооксидной

Введение

Сегодня инженеры обращаются к циркониевой и оксидно-алюминиевой керамике для применений, требующих высокой износостойкости. Почему? Потому что эти два материала являются прекрасными абразивами в отрасли передовой керамики. Интересно, что у них схожие свойства, что затрудняет инженерам, производителям и некоторым ортопедам выбор лучшего из них. Вы, вероятно, сейчас задаетесь вопросом: какая керамика самая износостойкая? Сегодняшняя статья ответит на этот популярный вопрос, а также покажет вам некоторые ключевые свойства, которые делают циркониевую и оксидно-алюминиевую керамику превосходной в сопротивлении износу. Вы узнаете об их эксплуатационных стандартах и узнаете об их различиях. Давайте сразу же приступим!

Износостойкость керамики на основе циркония и оксида алюминия

Износ и разрывы, вызванные трением, заставили так много компаний и отраслей сегодня искать технические керамические материалы с сильной способностью противостоять или уменьшать воздействие трения, износа и разрывов. Керамика из циркония и оксида алюминия — очень прочные материалы, которые могут выдерживать тяжелые условия работы. Устойчивость циркония к износу и разрывам настолько высока, что она может эффективно сохранять срок службы и стандарты производительности вашего оборудования. Просто представьте себе керамический материал, который не такой громоздкий, но при этом не ломается легко. Он настолько прочный, что даже при возмутительных температурах, достигающих 2100 °C, вам все равно придется пройти строгий процесс, чтобы расколоть его. Вы согласитесь, что промышленные детали машин, работающие без устали в течение нескольких часов в нагретых условиях, подвержены риску износа из-за постоянного трения. Итак, какой другой материал вы бы рассмотрели для покрытия или производства некоторых из этих деталей машин, если не цирконий?

Оксид алюминия — еще один очень твердый материал, имеющий схожие свойства с цирконием. Это один из немногих современных видов керамики, который может конкурировать с цирконием на рынке. На самом деле, он имеет блестящий рейтинг 9 по шкале твердости Мооса, и его износостойкость также впечатляет. Это означает, что, как и цирконий, вы также можете использовать его для изготовления прочных деталей машин. Однако керамика из оксида алюминия, как правило, проводит тепло и электричество немного лучше, чем цирконий; они оба по-прежнему обладают выдающейся устойчивостью к износу. Итак, как хирург-ортопед, стоматолог, работающий с эмалями и зубными протезами в больнице, инженер или производитель, стремящийся производить тяжелые машины, запасные части для транспортных средств, электрическое и промышленное оборудование, какой из этих материалов был бы для вас лучшим выбором? Сложный выбор, не так ли? Не волнуйтесь, мы рассмотрим их различия с помощью конкретных случаев в следующих разделах.

Керамика из оксида циркония против керамики из оксида алюминия

Керамика из диоксида циркония (ZrO2)

Цирконий — очень прочный кристаллический керамический материал, также называемый оксидом циркония (ZrO2). Он образуется как оксид циркония и существует в природе в форме, называемой Бадделеит и имеет вид цвета слоновой кости или желтоватого цвета. Изделия из циркония являются выдающимися и считаются лучшими абразивами на рынке керамики из-за их высокой прочности и стабильности, сильной устойчивости к экстремально высоким температурам, трещинам, механическим нагрузкам и едким химикатам. Их необычайно высокая плотность и износостойкость могут помочь вам достичь максимальных результатов даже в неблагоприятных условиях. Керамика из циркония в ее различных формах и размерах является идеальным компонентом для огнеупоров, подшипников, деталей тяжелых машин, электроники, автомобилей и аэрокосмической промышленности.

Он принимает различные формы при контакте с высокими температурами, отсюда и использование стабилизаторов, таких как иттрий и церий. Это отвечает за доступность различных типов марок, таких как закаленный оксид алюминия цирконием (ZTA), стабилизированный магнием цирконий, стабилизированный иттрием цирконий и стабилизированный церием цирконий. Каким-то образом было обнаружено, что цирконий обладает высокой биосовместимостью, и поскольку он не изнашивается легко и не реагирует отрицательно с химическими веществами в организме, хирурги и ортопеды теперь используют его в случаях, связанных с костями и зубами.

Сегодня цирконий стал коммерческим продуктом с высоким спросом, несмотря на то, что он очень дорогой, его трудно найти и производить, и его мировые продажи превысили $900 миллионов, в основном из-за его превосходной способности выдерживать износ. Маркетмейкеры сейчас прогнозируют среднегодовой темп прироста (CAGR) в 6%. Можно с уверенностью сказать, что вы можете производить керамику из циркония несколькими методами, такими как термическая кальцинация, хлорирование, карбидирование, использование гидроксида натрия (NaOH) или бикарбоната натрия (NaCO3) для разложения встречающейся в природе формы при высоких температурах около 2800 °C. Если вы еще не открыли производство, вы можете купить керамику из циркония у нас на GGSКерамика. Мы являемся надежными поставщиками лучших изделий из циркония, которые вы можете найти.

Свойства циркониевой керамики

Вот некоторые свойства циркония (ZrO2), которые делают его действительно привлекательным и износостойким:

• Он имеет показатель вязкости разрушения 10 МПа·√м.

• Его твердость по шкале Виккерса составляет 1220, а по шкале Мооса — 8,5.

• При температуре 20°C его прочность на изгиб составляет от 180 МПа до 1000 МПа.

• Модуль упругости составляет около 250 ГПа.

• Температура плавления составляет от 1170°C до 2700°C.

• Он обладает очень высокой прочностью на сжатие, ударной вязкостью и биосовместимостью.

• Плотность достигает 6,2 Г/см3.

• Он обладает диэлектрической прочностью около 300 В/мил.

• Его объемное сопротивление составляет 5 х 10-3 при температурах, достигающих 700°C.

• При 20°C он обладает великолепной прочностью на разрыв — 300 МПа.

• Он имеет нулевой процент водопоглощения.

• Обладает высоким уровнем ударопрочности и теплопроводность 3,5 Вт/мК.

Промышленное применение циркониевой керамики

Вот несколько идеальных случаев, когда вы можете использовать изделия из циркониевой керамики:

• Медицинская отрасль в производстве эмалей и костей

• Приложения в машиностроении, которые сопряжены с высокими нагрузками и интенсивными рабочими температурами или условиями

• Производство шарикоподшипников и колец для тяжелых машин

• Производство электронных деталей

• Аэрокосмические приложения

• Производство шлифовальных стаканов, сред или ступок, в частности, с использованием закаленного циркониевого оксида алюминия.

• Производство других конструкционных керамических деталей в клапанах, насосах и аналитических приборах

Керамика из оксида алюминия (Al2O3)

Керамика из оксида алюминия, также известная как керамика из оксида алюминия (Al2O3), изготавливается промышленным способом из алюминия и кислорода. Это белое или иногда розоватое кристаллическое соединение, которое в коммерческих целях называется корундом, хотя вы можете производить его в основном из боксита, его естественной формы. Как и цирконий, оксид алюминия также является очень блестящим, износостойким техническим керамическим вариантом. Это более дешевая альтернатива цирконию с широким спектром химических и электрических свойств, которые делают его полезным во многих отраслях промышленности. Интересный факт заключается в том, что эти свойства можно улучшить, если использовать добавки в процессе производства. Некоторые из различных производственных процессов включают шликерное литье, алмазную обработку, изостатическое прессование и литье под давлением.

Керамика из оксида алюминия отлично противостоит коррозии, износу и разрывам, поскольку для ее производства используется высокочистый алюминий. Это означает, что чем выше содержание чистого оксида алюминия в ней, тем выше износостойкость и теплопроводность. Между тем, существуют различные сорта керамики из оксида алюминия; примерами являются гидратированный оксид алюминия, прокаленный оксид алюминия, пластинчатый оксид алюминия и т. д. Все они основаны на содержании оксида алюминия, различных компонентах и добавках, используемых производителем.

Керамика из оксида алюминия сейчас приобретает такую большую популярность на мировом рынке керамики из-за нескольких замечательных свойств, которыми она обладает. Вот некоторые из них:

• Трещиностойкость 4,5 МПа·√м

• Модуль упругости 400 ГПа

• Способность выдерживать температуру до 2000°C

• Плотность 3,965 г/см3

• Очень высокая прочность на сжатие — около 3500 МПа

• Его способность выдерживать воздействие сильных кислот и щелочей даже при высоких температурах.

• Высокий тстойкость к тепловому удару и теплопроводность

• Твердость 18 ГПа

• Прочность на растяжение 200 МПа

• Прочность на изгиб 500-600 МПа при 25°C

• Теплопроводность 45 Вт/мК при 25°C

• Диэлектрическая прочность 16 кВ/мм при 25°C

• Объемное удельное сопротивление в диапазоне от 10¹⁴ до 10¹⁶.

Промышленное применение керамики на основе оксида алюминия

Вот некоторые способы применения и успешного использования износостойкости алюмооксидной керамики:

• Вы можете производить высокоизносостойкие компоненты, такие как краны и детали промышленных машин.

• Производство электротехнических изделий и высоковольтных изоляторов

• Производство деталей машин, таких как шарикоподшипники, лазерные трубки, ролики, уплотнительные кольца, прецизионные валы и т. д.

• Из алюмооксидной керамики можно получить полезные полупроводниковые детали.

• Он может помочь вам в производстве сопел и футеровки печей.

• Военные используют его для производства пуль, бронежилетов, баллистической брони и термопар.

• Аэрокосмическая и автомобильная промышленность используют алюмооксидную керамику при производстве запасных частей для автомобилей и космических аппаратов.

Сравнение керамики на основе циркония и керамики на основе оксида алюминия

Из обсуждения до сих пор вопрос о самой износостойкой керамике был решен. Вы увидели, насколько технически надежны эти два керамических материала. Факт в том, что цирконий одерживает верх как лучшая и более прочная износостойкая керамика для высокоточных технических применений, несмотря на высокую стоимость покупки и производства. В то время как оксид алюминия является более дешевым и более распространенным вариантом для менее требовательных применений. Вот таблица, которая показывает четкую разницу между износостойкостью керамики из циркония и оксида алюминия.

Итак, керамика из циркония или оксида алюминия, выбор за вами. В зависимости от того, что вы хотите и какие результаты вы намереваетесь получить от своего применения, будь то врач, инженер или кто-то, кто ищет отличные износостойкие керамические материалы.

Часто задаваемые вопросы

Почему оксид циркония (ZrO2) не является хорошим проводником тепла? 

Это связано с расположением атомов кислорода и циркония в кристаллической структуре ZrO2.

Можно ли цирконий также назвать металлом?

Нет, его можно назвать либо керамическим материалом, либо полупроводниковым оксидом металла, поскольку он может проводить электричество.

Какой из этих двух керамических материалов лучше подходит для медицинских имплантатов?

Цирконий, как правило, больше подходит для медицинских/хирургических имплантатов из-за своей прочности, высокой биосовместимости и способности выдерживать экстремальные нагрузки/переломы.

Заключение

Цирконий и оксид алюминия проложили путь к производству оборудования, способного выдерживать абсолютно любую форму износа. Их непревзойденная надежность, будь то в условиях высоких напряжений, высоких рабочих температур или внезапных поломок, — это то, что ищет почти каждый производитель и пользователь. Сейчас самое лучшее время для вас инвестировать и ломать границы в мировой керамике, как эти два тяжеловеса. Хорошая новость в том, что вы можете быстро связаться с нами по адресу GGSКерамика для лучших изделий из циркония, циркониевого закаленного оксида алюминия и керамики на основе оксида алюминия. Не ждите! Присоединяйтесь к движущемуся поезду уже сейчас!