Khả năng chống mài mòn của Zirconia so với gốm sứ Alumina

Giới thiệu

Ngày nay, các kỹ sư ưa chuộng gốm sứ Zirconia và Alumina cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn cao. Tại sao? Bởi vì hai loại vật liệu này là vật liệu mài mòn tuyệt vời trong ngành công nghiệp gốm sứ tiên tiến. Điều thú vị là chúng có những đặc tính tương tự nhau, khiến các kỹ sư, nhà sản xuất và một số bác sĩ chỉnh hình khó khăn trong việc lựa chọn loại nào tốt hơn. Có lẽ bạn đang tự hỏi - vậy loại gốm nào có khả năng chống mài mòn tốt nhất? Bài viết hôm nay sẽ trả lời câu hỏi phổ biến này và cũng giới thiệu cho bạn một số đặc tính chính giúp Zirconia và Alumina có khả năng chống mài mòn tuyệt vời. Bạn sẽ tìm hiểu về các tiêu chuẩn hiệu suất của chúng và biết được sự khác biệt giữa chúng. Hãy cùng tìm hiểu ngay!

Khả năng chống mài mòn của gốm sứ Zirconia và Alumina

Sự hao mòn do ma sát đã khiến rất nhiều công ty và ngành công nghiệp ngày nay tìm kiếm các vật liệu gốm kỹ thuật có khả năng chống lại hoặc giảm tác động của ma sát, hao mòn và rách mạnh mẽ. Gốm sứ Zirconia và Alumina là những vật liệu rất cứng có thể chịu được các công việc nặng nhọc. Khả năng chống hao mòn và rách của Zirconia mạnh đến mức nó có thể bảo vệ hiệu quả tuổi thọ và tiêu chuẩn hiệu suất của thiết bị của bạn. Hãy tưởng tượng một vật liệu gốm không quá cồng kềnh, nhưng cũng không dễ vỡ. Nó cứng đến mức ngay cả ở nhiệt độ khắc nghiệt lên tới 2.100°C, bạn vẫn phải trải qua một quy trình nghiêm ngặt để làm nứt nó. Bạn sẽ đồng ý rằng các bộ phận máy công nghiệp làm việc không mệt mỏi trong nhiều giờ trong điều kiện nóng có nguy cơ bị hao mòn do ma sát liên tục. Vậy, bạn sẽ xem xét vật liệu nào khác để phủ hoặc sản xuất một số bộ phận máy này nếu không phải là Zirconia?

Alumina là một vật liệu rất cứng khác, có các đặc tính tương tự như Zirconia. Đây là một trong số ít loại gốm sứ tiên tiến có thể sánh ngang với zirconia trên thị trường. Trên thực tế, nó có độ cứng tuyệt vời là 9 trên thang độ cứng Mohs và khả năng chống mài mòn của nó cũng rất ấn tượng. Điều này có nghĩa là, giống như zirconia, bạn cũng có thể sử dụng nó để chế tạo các bộ phận máy móc cứng cáp. Tuy nhiên, gốm sứ Alumina có xu hướng dẫn nhiệt và điện tốt hơn một chút so với zirconia; cả hai đều có khả năng chống mài mòn vượt trội. Vì vậy, với tư cách là một bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình, một nha sĩ làm việc với men răng và nha khoa trong bệnh viện, một kỹ sư hoặc nhà sản xuất đang tìm cách sản xuất máy móc hạng nặng, phụ tùng xe cộ, thiết bị điện và công nghiệp, vật liệu nào trong số này sẽ là lựa chọn tốt nhất của bạn? Thật khó để đưa ra quyết định, phải không? Đừng lo lắng, chúng tôi sẽ đề cập đến sự khác biệt của chúng với các trường hợp cụ thể trong các phần tiếp theo.

Gốm sứ Zirconia so với Gốm sứ Oxit Nhôm

Gốm sứ Zirconia (ZrO2)

Zirconia là một vật liệu gốm tinh thể rất cứng, còn được gọi là Zirconia Oxide (ZrO2). Nó được hình thành dưới dạng oxit của Zirconi và tồn tại trong tự nhiên dưới dạng Người xấu và có màu trắng ngà hoặc vàng nhạt. Các sản phẩm Zirconia nổi bật và được coi là vật liệu mài mòn tốt nhất trên thị trường gốm sứ nhờ độ bền và độ ổn định cao, khả năng chống chịu nhiệt độ cực cao, nứt vỡ, ứng suất cơ học và hóa chất ăn mòn. Mật độ và khả năng chống mài mòn cao bất thường của chúng có thể giúp bạn đạt được kết quả tối đa ngay cả trong điều kiện bất lợi. Gốm sứ Zirconia với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau là thành phần lý tưởng cho các ứng dụng chịu lửa, ổ trục, chi tiết máy hạng nặng, điện tử, ô tô và hàng không vũ trụ.

Nó chuyển thành nhiều dạng khác nhau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, do đó cần sử dụng các chất ổn định như Yttria và Ceria. Điều này giải thích cho sự sẵn có của các loại Zirconia Toughened Alumina (ZTA), Zirconia ổn định Magnesia, Zirconia ổn định Yttria và Zirconia ổn định Ceria. Bằng cách nào đó, người ta đã phát hiện ra rằng Zirconia có tính tương thích sinh học cao, và vì nó không dễ bị mòn và không phản ứng tiêu cực với các hóa chất trong cơ thể, các bác sĩ phẫu thuật và bác sĩ chỉnh hình hiện nay sử dụng nó trong các ca phẫu thuật liên quan đến xương và răng.

Zirconia ngày nay đã trở thành một sản phẩm thương mại có nhu cầu cao mặc dù rất đắt đỏ, khó tìm và khó sản xuất, với doanh số toàn cầu đạt hơn $900 triệu, chủ yếu nhờ khả năng chịu mài mòn tuyệt vời. Các nhà tạo lập thị trường hiện đang dự đoán Tỷ lệ Tăng trưởng Hàng năm (CAGR) là 6%. Có thể khẳng định rằng bạn có thể sản xuất gốm sứ Zirconia bằng nhiều phương pháp, chẳng hạn như nung nhiệt, clo hóa, cacbua, sử dụng natri hydroxit (NaOH) hoặc natri bicacbonat (NaCO3) để phân hủy dạng tự nhiên ở nhiệt độ cao khoảng 2.800°C. Nếu bạn chưa sẵn sàng sản xuất, bạn có thể mua gốm sứ Zirconia từ chúng tôi tại GGSGốm sứ. Chúng tôi là nhà cung cấp đáng tin cậy một số sản phẩm zirconia tốt nhất mà bạn có thể tìm thấy.

Tính chất của gốm sứ Zirconia

Sau đây là một số đặc tính của Zirconia (ZrO2) khiến nó thực sự hấp dẫn và có khả năng chống mài mòn:

• Nó có độ bền gãy rắn là 10 MPa·√m.

• Độ cứng Vickers của nó là 1.220 và 8,5 trên thang độ cứng Mohs.

• Ở nhiệt độ 20°C, độ bền uốn của nó nằm trong khoảng từ 180 MPa đến 1000 MPa.

• Nó có mô đun đàn hồi khoảng 250 GPA.

• Nó có điểm nóng chảy từ 1170°C đến 2.700°C.

• Nó có độ bền nén, độ dẻo dai và khả năng tương thích sinh học rất cao.

• Nó có mật độ lên tới 6,2G/Cc.

• Nó có độ bền điện môi khoảng 300V/mil.

• Nó có điện trở suất thể tích là 5 x 10-3 ở nhiệt độ lên tới 700°C.

• Ở nhiệt độ 20°C, nó có độ bền kéo tuyệt vời là 300 MPa.

• Tỷ lệ hấp thụ nước của nó là 0%.

• Nó có khả năng chống sốc cao và độ dẫn nhiệt của 3,5W/mk.

Ứng dụng công nghiệp của gốm sứ Zirconia

Một số trường hợp lý tưởng mà bạn có thể sử dụng các sản phẩm gốm sứ Zirconia này là:

• Lĩnh vực y tế trong sản xuất men răng và xương

• Các ứng dụng kỹ thuật cơ khí đi kèm với áp lực cao và nhiệt độ làm việc hoặc môi trường khắc nghiệt

• Sản xuất vòng bi và vòng máy móc hạng nặng

• Sản xuất linh kiện điện tử

• Ứng dụng hàng không vũ trụ

• Sản xuất các loại bình nghiền, vật liệu nghiền hoặc cối, đặc biệt là với sự hỗ trợ của loại Zirconia Toughened Alumina.

• Sản xuất các bộ phận gốm kết cấu khác trong van, máy bơm và dụng cụ phân tích

Gốm sứ Alumina (Al2O3)

Gốm Alumina, còn được gọi là gốm Nhôm Oxit (Al2O3), được sản xuất công nghiệp từ Nhôm và Oxy. Nó là một hợp chất tinh thể màu trắng hoặc đôi khi hơi hồng, được gọi là Corundum trong thương mại, mặc dù nó có thể được sản xuất chủ yếu từ Bauxite, dạng tự nhiên của nó. Giống như Zirconia, Alumina cũng là một lựa chọn gốm kỹ thuật rất sáng bóng, chống mài mòn. Đây là một lựa chọn thay thế rẻ hơn Zirconia với nhiều đặc tính hóa học và điện, giúp nó hữu ích trong rất nhiều ngành công nghiệp. Một điều thú vị là những đặc tính này có thể được cải thiện nếu bạn sử dụng phụ gia trong quá trình sản xuất. Một số quy trình sản xuất khác nhau bao gồm đúc trượt, gia công kim cương, ép đẳng tĩnh và ép phun.

Gốm alumina có khả năng chống ăn mòn, mài mòn và hư hỏng tuyệt vời nhờ sử dụng nhôm tinh khiết cao trong quá trình sản xuất. Điều này có nghĩa là hàm lượng alumina tinh khiết càng cao thì khả năng chống mài mòn và dẫn nhiệt càng tốt. Có nhiều loại gốm alumina khác nhau; ví dụ như alumina ngậm nước, alumina nung, alumina dạng tấm, v.v. Tất cả đều dựa trên hàm lượng oxit nhôm, các thành phần và phụ gia khác nhau được nhà sản xuất sử dụng.

Gốm sứ alumina hiện đang ngày càng phổ biến trên thị trường gốm sứ toàn cầu nhờ nhiều đặc tính tuyệt vời mà chúng sở hữu. Một số đặc tính đó là:

• Độ dẻo dai gãy 4,5 MPa·√m

• Mô đun đàn hồi 400 GPa

• Khả năng chịu được nhiệt độ lên tới 2.000°C

• Mật độ 3,965g/cm3

• Cường độ nén rất cao khoảng 3.500 MPa

• Khả năng chịu được sự tấn công của axit hoặc kiềm mạnh, ngay cả ở nhiệt độ cao

• Một cao tkhả năng chống sốc nhiệt và độ dẫn nhiệt

• Độ cứng được đánh giá là 18 GPa

• Độ bền kéo 200 MPa

• Độ bền uốn từ 500-600 MPa ở 25°C

• Độ dẫn nhiệt 45W/mK ở 25°C

• Độ bền điện môi 16kV/mm ở 25°C

• Điện trở suất thể tích nằm trong khoảng từ 10¹⁴ đến 10¹⁶.

Ứng dụng công nghiệp của gốm nhôm oxit

Một số cách bạn có thể áp dụng và tận dụng thành công khả năng chống mài mòn của gốm sứ alumina là:

• Bạn có thể sản xuất các thành phần chịu mài mòn nặng như van vòi và các bộ phận máy công nghiệp

• Sản xuất linh kiện điện và sứ cách điện cao thế

• Sản xuất các bộ phận máy móc như ổ bi, ống laser, con lăn, vòng đệm, trục chính xác, v.v.

• Bạn có thể có được các bộ phận bán dẫn hữu ích từ gốm alumina

• Nó có thể giúp bạn sản xuất vòi phun và lớp lót lò

• Quân đội sử dụng nó để sản xuất đạn, áo chống đạn, áo giáp chống đạn và cặp nhiệt điện.

• Ngành hàng không vũ trụ và ô tô sử dụng gốm alumina trong sản xuất phụ tùng xe cộ và tàu vũ trụ.

So sánh giữa gốm sứ Zirconia và gốm sứ nhôm oxit

Qua các cuộc thảo luận cho đến nay, câu hỏi về loại gốm chịu mài mòn tốt nhất đã được giải quyết. Bạn đã thấy hai loại vật liệu gốm này tốt về mặt kỹ thuật như thế nào. Thực tế là Zirconia chiếm ưu thế vì là loại gốm chịu mài mòn tốt hơn và bền hơn cho các ứng dụng kỹ thuật có độ chính xác cao mặc dù chi phí mua và sản xuất khá cao. Trong khi đó, Alumina là lựa chọn rẻ hơn và được sử dụng phổ biến hơn cho các ứng dụng ít đòi hỏi khắt khe hơn. Dưới đây là bảng so sánh rõ ràng về khả năng chịu mài mòn giữa gốm Zirconia và Alumina.

Vậy nên, lựa chọn giữa gốm Zirconia và gốm Nhôm Oxit là tùy thuộc vào bạn. Tùy thuộc vào mong muốn và kết quả bạn mong muốn đạt được từ ứng dụng của mình, dù là bác sĩ, kỹ sư hay bất kỳ ai đang tìm kiếm vật liệu gốm chống mài mòn tuyệt vời.

Những câu hỏi thường gặp

Tại sao Zirconia Oxide (ZrO2) không phải là chất dẫn nhiệt tốt? 

Nguyên nhân là do sự sắp xếp của các nguyên tử oxy và zirconia trong cấu trúc tinh thể của ZrO2.

Zirconia có thể được gọi là kim loại không?

Không, bạn có thể gọi nó là vật liệu gốm hoặc oxit kim loại bán dẫn vì nó có thể dẫn điện.

Trong hai loại vật liệu gốm này, loại nào tốt hơn cho cấy ghép y tế?

Zirconia có xu hướng phù hợp hơn cho cấy ghép y tế/phẫu thuật vì tính chất cứng, khả năng tương thích sinh học tuyệt vời và khả năng chịu được ứng suất/gãy xương cực độ.

Phần kết luận

Zirconia và Alumina đã mở đường cho việc sản xuất các thiết bị có khả năng chịu được mọi hình thức hao mòn. Độ tin cậy vượt trội của chúng, dù trong điều kiện ứng suất cao, nhiệt độ làm việc khắc nghiệt hay nứt vỡ đột ngột, là điều mà hầu hết mọi nhà sản xuất và người dùng đều đang tìm kiếm. Bây giờ là thời điểm tốt nhất để bạn đầu tư và phá vỡ mọi giới hạn trong ngành gốm sứ toàn cầu như hai tên tuổi lớn này. Tin tốt là bạn có thể nhanh chóng liên hệ với chúng tôi tại GGSGốm sứ để có được những sản phẩm sứ zirconia, sứ Zirconia cường lực và sứ alumina tốt nhất. Đừng chần chừ nữa! Hãy tham gia ngay!