A cerâmica de zircônia é um material de alto desempenho, composto principalmente de dióxido de zircônio (ZrO₂).2Oferece as vantagens de alta resistência, alta tenacidade e resistência à corrosão. Atualmente, tornou-se um material importante em setores industriais de ponta, garantindo o funcionamento estável de diversos tipos de equipamentos sofisticados.
Este artigo apresenta uma introdução às cerâmicas de zircônia, incluindo sua definição, propriedades e aplicações. Uma tabela de dados sobre a zircônia é fornecida para ajudá-lo a compreender rapidamente suas propriedades e valor funcional, atendendo aos seus requisitos de seleção de materiais industriais.
Produtos de cerâmica de zircôniaDefinição de cerâmica de zircônia
A cerâmica de zircônia é um material cerâmico avançado composto principalmente de dióxido de zircônio, com estabilizantes como ítria, óxido de cálcio ou óxido de magnésio.
Principais categorias de cerâmica de zircônia
Dependendo da quantidade de estabilizador, as cerâmicas de zircônia são divididas em 2 categorias principais: Zircônia totalmente estabilizada (FSZ) e Zircônia Parcialmente Estabilizada (PSZ).
O FSZ apresenta excelente estabilidade térmica. É adequado para aplicações de isolamento térmico em altas temperaturas. O PSZ possui alta resistência e tenacidade.
Dentre eles, o policristal de zircônia tetragonal estabilizada com ítria 3 mol% (3Y-TZP) é o mais amplamente utilizado em aplicações industriais.
Processo de preparação da cerâmica de zircônia
O processo de preparação de cerâmicas de zircônia consiste principalmente nas seguintes 4 etapas.
Preparação em pó
Após a purificação, o dióxido de zircônio é processado até atingir um tamanho de partícula uniforme de 20 nm a 1 μm. Isso garante que o pó possa se aglomerar completamente durante a sinterização.
Formando
Diferentes processos, como prensagem a seco, prensagem isostática ou moldagem por injeção, são escolhidos com base nos requisitos de dimensões, forma e precisão.
Sinterização
O corpo verde formado é colocado em altas temperaturas de 1.400 a 1.600 °C para permitir que o pó sinterize e se ligue completamente.
Usinagem de Precisão
Os produtos sinterizados serão retificados, polidos, calibrados e tratados superficialmente para se obter o produto final.
Principais propriedades da cerâmica de zircônia
O excelente desempenho das cerâmicas de zircônia provém de sua microestrutura e estrutura cristalina únicas. Suas propriedades comprovam diretamente seu valor de aplicação em diversas indústrias.
Alta resistência e alta tenacidade
Com uma resistência à fratura 2 a 3 vezes maior que a da alumina e uma resistência à flexão superior a 800 MPa, as cerâmicas de zircônia podem suportar altas tensões e cargas.
Excelente resistência ao desgaste
A cerâmica de zircônia possui uma dureza extremamente alta. Seu coeficiente de atrito é apenas 1/3 do dos metais. Para aplicações de atrito de alta frequência, a vida útil das peças de cerâmica de zircônia é muito maior do que a dos metais.
Resistência a altas temperaturas
A cerâmica de zircônia possui um ponto de fusão de 2.715°C e uma condutividade térmica muito inferior à dos metais. Ela proporciona um excelente isolamento térmico.
Resistência à corrosão
A cerâmica de zircônia é altamente resistente à corrosão. À temperatura ambiente, não reage com reagentes comuns (ácido clorídrico, hidróxido de sódio, etc.).
Estabilidade química
Devido à sua inércia, a cerâmica de zircônia interage apenas com alguns agentes oxidantes fortes, mesmo em altas temperaturas.
Biocompatibilidade
As cerâmicas de zircônia são materiais inorgânicos. Possuem excelente afinidade com os tecidos humanos, sem causar reações de rejeição.
Propriedades de isolamento e dielétricas
A zircônia é um excelente isolante à temperatura ambiente, com uma constante dielétrica de 12 a 15.
A tabela abaixo apresenta as principais propriedades das cerâmicas de zircônia. Consulte-a rapidamente para obter dados sobre o desempenho das cerâmicas de zircônia.
| Propriedade | Unidade | Dados |
| Tenacidade à fratura | MPa·m1/2 | 6–15 |
| Resistência à flexão | MPa | ≥800, até 1200 para variedades de alto desempenho. |
| Dureza Vickers | HV | 1200–1500 |
| Ponto de fusão | ℃ | 2715 |
| Coeficiente de Expansão Térmica | /℃ | 10-11×10-6 |
| Condutividade térmica | W/(m·K) | 2–3 |
| Constante dielétrica | – | 12–15 |
| Perda dielétrica | – | tanδ<0,001 |
| Módulo de elasticidade | GPa | aproximadamente 200 |
Aplicações da cerâmica de zircônia
Graças às suas diversas propriedades, a cerâmica de zircônia é adequada para várias aplicações industriais de alta tecnologia.
Máquinas e Processamento de Metais
Em comparação com o metal, a cerâmica de zircônia oferece vantagens como alta resistência e alta tenacidade, atendendo às severas condições de operação de equipamentos de transmissão e processamento de precisão.
A cerâmica de zircônia pode ser usada para fabricar materiais resistentes ao desgaste. rolamentos e buchas. Sua alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito podem reduzir o consumo de energia do equipamento e a frequência de manutenção, sendo adequados para equipamentos como motores, bombas e redutores.
Anéis de vedação e anéis de rolamento de zircôniaQuímica e Metalurgia
Condições extremas, como altas temperaturas, corrosão e erosão por fluidos de alta velocidade, são comuns nos setores químico e metalúrgico. A cerâmica de zircônia é capaz de lidar com essas condições, garantindo o funcionamento estável dos seus equipamentos.
Bicos de cerâmica de zircônia Resistem à corrosão em altas temperaturas e à erosão por fluidos em alta velocidade. Sua taxa de desgaste é muito menor do que a de bicos metálicos. Utilizados em equipamentos de injeção metalúrgica e na pulverização de materiais em reatores químicos, os bicos de zircônia podem reduzir os custos de manutenção dos equipamentos.
Fabricação de eletrônicos e semicondutores
Graças ao seu excelente isolamento, a cerâmica de zircônia tornou-se um material essencial para componentes eletrônicos de alta tecnologia. Sua alta constante dielétrica e baixa perda dielétrica atendem às necessidades das comunicações 5G e da eletrônica de veículos de novas energias.
substratos cerâmicos de zircônia Oferecem um ambiente isolante estável na produção de semicondutores. Podem prevenir interferências de sinal, garantindo a precisão do processamento de wafers. Atendem plenamente aos requisitos de equipamentos semicondutores de alta tecnologia.
Novas Energias e Aeroespacial
A cerâmica de zircônia atende aos requisitos de resistência a altas temperaturas, isolamento térmico e resistência à corrosão nesses setores de alta tecnologia. Ela pode ser usada como acessórios de estrutura para módulos fotovoltaicos e como invólucro isolante para caixas de junção, suportando altas temperaturas e radiação UV. O uso de componentes de zircônia aumenta a estabilidade dos módulos fotovoltaicos, atendendo aos requisitos operacionais de longo prazo.
Na área aeroespacial, as cerâmicas de zircônia podem ser usadas para preparar revestimentos de barreira térmica (TBCs) para motores de aeronaves. Elas reduzem eficazmente a temperatura da superfície do motor e garantem a operação estável em ambientes de alta temperatura e alta pressão.
Dispositivos médicos
Devido à sua inércia química e biocompatibilidade, a cerâmica de zircônia é atualmente um dos materiais cerâmicos mais utilizados e com maior frequência na área de dispositivos médicos.
As coroas de zircônia pura são indicadas para restauração dentária. Possuem excelente translucidez e resistência ao desgaste, sem risco de liberação de íons metálicos. Combinam com a cor dos dentes naturais e duram mais de 20 anos.
A cerâmica de zircônia pode ser usada para produzir cabeças femorais para próteses de quadril. Sua taxa de desgaste é de apenas 0,05 mm.3/106 ciclos, 1/100 dos metálicos. Reduz significativamente a irritação do implante no tecido humano e atende aos padrões de biocompatibilidade.
Conclusão
A cerâmica de zircônia é um importante membro da classe das cerâmicas avançadas. Ela pode substituir metais, melhorando o desempenho e a vida útil dos equipamentos sob as severas condições operacionais das indústrias de ponta. À medida que a manufatura de alta tecnologia continua a se modernizar, suas aplicações se expandirão ainda mais.
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Obrigado pela leitura. Espero que este artigo tenha sido útil.
Perguntas frequentes
Por que a cerâmica de zircônia não é feita de dióxido de zircônio puro?
O dióxido de zircônio puro sofre expansão volumétrica durante a transformação de fase, o que leva ao aparecimento de fissuras. Estabilizantes são necessários para a fabricação de um material cerâmico estável.
Quais são as aplicações da cerâmica de zircônia?
Os materiais são utilizados no processamento de máquinas, na indústria química e metalúrgica, na eletrônica, em novas energias e na área médica.
Os materiais cerâmicos de zircônia são frágeis?
A zircônia possui características de tenacificação por transformação de fase. Isso significa que ela apresenta maior tenacidade e resistência do que as zircônias comuns. Ela não fratura facilmente em condições normais de operação.
As cerâmicas de zircônia riscam com facilidade?
São muito difíceis de riscar. As cerâmicas de zircônia possuem dureza e resistência ao desgaste extremamente elevadas, muito superiores às dos metais e das cerâmicas convencionais.
Quais são as desvantagens da zircônia?
A zircônia pura é propensa a rachaduras devido à transformação de fase. Além disso, o próprio material cerâmico é difícil de usinar e os custos de produção são relativamente altos.
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