Gốm sứ Zirconia có khả năng chống mài mòn tốt hơn gốm sứ Alumina không? Tại sao?

Gốm sứ Zirconia có khả năng chống mài mòn tốt hơn gốm sứ Alumina không? Tại sao?

Có một lực kéo liên tục giữa oxit zirconium và nhôm oxit gốm sứ trong kỹ thuật chế tạo các thành phần kỹ thuật. Cả hai đều thể hiện những tính chất cơ học, hóa học và vật lý đáng kinh ngạc.

Và chúng tôi đã thực hiện một sự phân biệt toàn diện giữa hai loại gốm dựa trên những đặc tính này.

Nhưng làm sao để so sánh zirconia với nhôm oxit, tập trung hoàn toàn vào khả năng chống mài mòn của chúng?

Khả năng chống mài mòn của Zirconia so với Gốm sứ nhôm oxit

Zirconia và alumina thể hiện động lực mài mòn khác nhau trong những trường hợp cụ thể:

1. Môi trường đông lạnh

Tính chất mài mòn của alumina khi tiếp xúc với môi trường nhiệt độ cực thấp so với zirconia như thế nào?

Kinh nghiệm về đá alumina mài mòn ba vật thể ở nhiệt độ thấp. Điều này là do các hạt mịn tạo ra do ma sát sẽ va chạm vào các bề mặt trượt. Do đó, các hạt mịn hoạt động như một vật thể thứ ba, gây ra tổn thất vật chất.

Khi sự trượt tiếp tục, các hạt nhôm oxit rời rạc hạ thấp hệ số ma sátSự giảm này là do nhiệt độ tiếp xúc tăng ở tốc độ trượt cao.

Ngoài ra, nhôm oxit có độ dẫn nhiệt cao ở nhiệt độ nitơ lỏng (LN2). Khi liên tục rửa bằng nitơ lỏng, nhiệt lượng tỏa ra từ bề mặt tiếp xúc sẽ nhiều hơn, dẫn đến hệ số ma sát thấp hơn.

Hệ số ma sát thấp hơn có nghĩa là gì? Bạn có một tấm gốm alumina có khả năng chống mài mòn yếu hơn.

Mặt khác, Zirconia trải nghiệm mặc hai thân. Nghĩa là không có hạt zirconia nào gắn lỏng lẻo giữa các vật thể trượt.

Tốc độ mài mòn của gốm zirconia cũng giảm dần theo quá trình trượt. Cuối cùng, zirconia có thể hình thành rãnh mài mòn. Tuy nhiên, ngay cả ở độ sâu hao mòn tối đa, tốc độ hao mòn vẫn tương đối thấp. 

Sự mài mòn này dẫn đến tải trọng tăng nhẹ, không giống như alumina, không ảnh hưởng nhiều đến khả năng chống mài mòn của nó.

Kể từ đây, zirconia có khả năng chống mài mòn tốt hơn alumina ở điều kiện nhiệt độ cực thấp.

2. Nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ cao

Vật liệu gốm Zirconia thường có khả năng chống nứt cao ở nhiệt độ cao.

Vì không thể sử dụng chất bôi trơn dạng lỏng ở nhiệt độ cao, gốm sứ zirconia được ổn định bằng oxit magie và ytri. Trong trường hợp đó, gốm sứ được sự gia tăng hệ số ma sát.  

Tuy nhiên, gốm sứ zirconia chưa biến tính sẽ bị mỏi bề mặt và giòn trong điều kiện nhiệt độ cao.

Mô đun đàn hồi của zirconia ở nhiệt độ trong nhà cao hơn ở nhiệt độ 1.500 độ C. Độ cứng và tính chất cơ học của nó thay đổi theo nhiệt độ tăng do sự thay đổi trong cấu trúc vi mô và sự hiện diện của tạp chất.

Mặt khác, độ cứng của nhôm oxit trên thang Mohs (9) cao hơn độ cứng của zirconi oxit (8,5). Nó cũng có độ ổn định nhiệt tốt hơn so với zirconia. Bên cạnh đó, đồ gốm nhiệt độ cao Giải thích hiệu suất và độ ổn định vượt trội của nó trong điều kiện nhiệt độ cao. Do đó, men nhôm oxit là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng có tỷ lệ hao mòn cao ở nhiệt độ cao.

Nhôm oxit trải qua những thay đổi về động lực mài mòn ở nhiệt độ cao, giống như biến dạng dẻo. Tuy nhiên, độ cứng cao và thấp của nó hệ số giãn nở nhiệt tăng cường khả năng chống mài mòn tương đối tốt hơn.

Nhờ độ ổn định nhiệt đáng kinh ngạc, alumina có khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao tới 1.500 độ C. Ở cùng nhiệt độ, zirconia chịu được sự mài mòn và biến đổi pha đáng kể.

Kể từ đây, nhôm oxit có khả năng chống mài mòn tốt hơn zirconia ở nhiệt độ cao.

3. Điều kiện axit và kiềm

Các đặc tính của gốm oxit nhôm, chẳng hạn như mô đun đàn hồi cao, độ ổn định nhiệt độ và độ cứng cao, có thể khiến bạn cho rằng nó sở hữu tất cả các đặc điểm lý tưởng.

Nhưng nó phản ứng thế nào với sự tiếp xúc với hóa chất, so với oxit zirconi?

Độ ổn định nhiệt và khả năng chống mài mòn cao của nhôm giúp cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn trong môi trường kiềm. 

Nếu tấm gốm alumina được đặt trong điều kiện kiềm thấp, chẳng hạn như nước, nó sẽ có khả năng chống mài mòn cao nhờ độ không hòa tan cao. Bên cạnh đó, vật liệu gốm còn có lớp tribochemical (hydroxit) hoạt động như một lớp bảo vệ chống lại tác động mài mòn.

 Mặt khác, nếu vật liệu gốm zirconia được đặt trong dung dịch nước, một số cơ chế liên quan đến chuyển pha sẽ bắt đầu diễn ra. Điều này dẫn đến tốc độ mài mòn cao hơn so với tấm alumina nếu được đặt trong cùng một dung dịch. Các chuyển pha này hạn chế hiệu suất của zirconia trong môi trường axit hoặc kiềm.

Kể từ đây, tấm gốm alumina có khả năng chống mài mòn tốt hơn tấm zirconia trong điều kiện kiểm soát độ pH.

Tuy nhiên, alumina bị mài mòn đáng kể trong điều kiện ma sát hóa học khắc nghiệt như dung dịch có tính axit hoặc kiềm cao. Sự ăn mòn có thể không đáng kể như zirconia trong cùng điều kiện.

Gốm sứ Zirconia-Toughened Alumina (ZTA)

Vậy còn việc kết hợp lợi ích của nhôm oxit và đặc tính của zirconia thì sao? Điều gì xảy ra ở cấp độ vi cấu trúc?

Việc thêm zirconium oxide vào hỗn hợp alumina ban đầu sẽ gây ra hiện tượng đặc lại do độ lệch mạng tinh thể. Sau khi thiêu kết, bạn có hai pha: zirconia và alumina. Khi men nguội đi, zirconia sẽ chuyển từ dạng tetragonal sang dạng monoclinic, dẫn đến hình thành các vết nứt nhỏ và giảm thể tích.

Các vết nứt vi mô ức chế sự lan truyền của các vết nứt vĩ mô trong toàn bộ cấu trúc vi mô. Điều này tạo ra cơ chế tôi cứng. Để cải thiện cơ chế tôi cứng, nên sử dụng các hạt zirconia nhỏ hơn.

Gốm sứ alumina cường lực Zirconia kết hợp những ưu điểm tốt nhất của alumina và zirconia. Nó khai thác các đặc tính của vật liệu gốm alumina như khả năng chống mài mòn và ăn mòn cao, độ bền uốn và độ cứng.

Hàm lượng zirconia trong nó mang lại độ bền chống gãy cao, điều này rất quan trọng trong việc ngăn ngừa sự lan truyền vết nứt và hư hỏng vật liệu. Bên cạnh đó, nó có độ cứng cao, chỉ đứng sau các vật liệu cứng nhất từng được biết đến. Nghĩa là, ZTA có độ bền cao dưới áp lực và tải trọng lớn, điều này làm cho nó trở thành vật liệu gốm có khả năng chống mài mòn cao

Phần kết luận

Cho đến nay, chúng tôi hy vọng bạn đã hiểu được cách nhôm oxit và zirconia hoạt động trong các điều kiện khác nhau và điều đó ảnh hưởng đến khả năng chống mài mòn của chúng như thế nào. Mặc dù chúng tôi có thể không chỉ ra loại nào tốt hơn, nhưng chúng tôi đã phác thảo hành vi mài mòn của chúng trong các điều kiện cụ thể. Chúng tôi hy vọng điều này sẽ giúp bạn đưa ra quyết định, tùy thuộc vào ứng dụng trong ngành của bạn. Để biết thêm thông tin hoặc các dịch vụ cụ thể, vui lòng liên hệ: liên hệ với chúng tôi Hôm nay.