تخيل مادة تجمع بين قوة الفولاذ ومقاومة التآكل للسيراميك مع الحفاظ على متانة كسر استثنائية. هذا المزيج الرائع يتحدى الفهم التقليدي للمواد الهندسية. يمثل سيراميك الزركونيا CeramaZirc™ هذا التقدم الرائد، ويلعب أدوارًا حاسمة في العديد من التطبيقات الصناعية.
يجمع سيراميك ثاني أكسيد الزركونيوم (ZrO₂)، الذي غالبًا ما يسمى "الفولاذ السيراميكي"، بشكل فريد بين الصلابة العالية ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل. والأهم من ذلك، أنه يمتلك أحد أعلى قيم متانة الكسر بين المواد الخزفية. يوفر السوق درجات مختلفة من الزركونيا، مع الزركونيا المثبتة بالإيتريا (Y-PSZ) والزركونيا المثبتة بالمغنيسيا (Mg-PSZ) الأكثر شيوعًا. كلاهما يوضح خصائص ممتازة، على الرغم من أن التطبيقات المحددة تتطلب اختيار درجة بعناية بناءً على ظروف التشغيل ومتطلبات التصميم. إن التمدد الحراري العالي للزركونيا ومقاومتها الاستثنائية للتشقق يجعلها مثالية للربط مع معادن مثل الفولاذ.
تخدم CeramaZirc™ zirconia وظائف حاسمة عبر صناعات متعددة، بما في ذلك:
تستخدم CeramaZirc™ zirconia عمليات تصنيع مختلفة، ينتج كل منها مواد ذات خصائص مختلفة قليلاً مصممة خصيصًا لتطبيقات معينة. تشمل الدرجات الأساسية:
يجمع هذا المركب الخزفي المتقدم من الزركونيا بين الزركونيا المستقرة جزئيًا مع هيكل بلوري معزز. إنه يحقق توازنًا مثاليًا بين قوة الانحناء والصلابة ومتانة الكسر، ويتفوق بشكل خاص في التطبيقات التي تتضمن التأثير الميكانيكي أو الاهتزاز أو الصدمة.
يجمع هذا المركب الجديد والأكثر صلابة بين الزركونيا المستقرة جزئيًا مع هيكل بلوري معزز، ومكثف من خلال الضغط المتساوي الحراري الساخن (HIP) للحصول على قوة وموثوقية فائقة.
تتميز الزركونيا المستقرة بالإيتريا (3YSZ) عالية النقاء بنسبة 3 مول٪ بهيكل حبيبي مكرر يضمن أداءً ميكانيكيًا فائقًا. يوفر توزيع حجم الحبيبات الموحد خصائص أفضل متساوية الخواص.
توفر الزركونيا المستقرة بالإيتريا (3YSZ) عالية النقاء بنسبة 3 مول٪ مع هيكل حبيبي فائق الدقة أداءً استثنائيًا. يحقق التكثيف HIP الكثافة النظرية الكاملة للحصول على موثوقية فائقة.
| الخاصية | الوحدة | Ultra Tough | Ultra Tough HIP | 3YZ | Nano HIP |
|---|---|---|---|---|---|
| التركيب | - | مثبت بالسيريا | مثبت بالسيريا | مثبت بالإيتريا | مثبت بالإيتريا |
| اللون | - | رمادي | بني/برتقالي | عاجي | رمادي |
| الخاصية | الوحدة | Ultra Tough | Ultra Tough HIP | 3YZ | Nano HIP |
|---|---|---|---|---|---|
| الكثافة | جم/سم³ | 5.7 | 5.7 | 6.05 | 6.07 |
| معامل يونغ | جيجا باسكال | 200 | 200 | 200 | 200 |
| متانة الكسر ك IC | ميجاباسكال·م 1/2 | 17 | 17 | 8 | 8 |
| قوة الانضغاط | ميجاباسكال | 2000 | 2000 | 2000 | 2100 |
| قوة الانحناء | ميجاباسكال | 1000 | 1000 | 1200 | 1400 |
يمكن تشغيل الزركونيا في الحالات الخضراء أو البسكويت أو الكثيفة بالكامل. في حين أنه من السهل نسبيًا تشكيلها في ظروف ما قبل التلبيد، فإن عملية التلبيد ذات درجة الحرارة العالية المطلوبة لتحقيق الكثافة الكاملة تتسبب في انكماش بنسبة 20٪ تقريبًا. هذا يجعل الحفاظ على التفاوتات الضيقة في التشغيل الآلي قبل التلبيد أمرًا مستحيلاً.
يتطلب تحقيق تفاوتات دقيقة التشغيل الآلي/الطحن بأداة الماس للمادة الملبدة بالكامل. تستخدم هذه العملية أدوات مطلية بالماس الدقيقة لإهلاك المواد في الأشكال المطلوبة، على الرغم من أن صلابة الزركونيا المتأصلة تجعل هذه العملية تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة.
في حين تتفوق Y-PSZ في التطبيقات الميكانيكية الصعبة، فقد لا تناسب الاستخدامات ذات درجة الحرارة العالية جدًا بسبب انزلاق حدود الحبوب. يمكن أن يتسبب التعرض الطويل الأجل لدرجة الحرارة العالية في التحول من الطور الرباعي القوي إلى الطور الأحادي الأضعف. وبالمثل، قد تؤدي البيئات الرطبة الدافئة إلى تدهور الأداء من خلال الشيخوخة الحرارية المائية. لذلك، تعمل YSZ بشكل أفضل في الظروف الجافة والمعتدلة الحرارة.
توفر M-PSZ مقاومة أفضل لدرجة الحرارة والرطوبة دون هجرة الطور، مع الحفاظ على القوة حيث سينخفض أداء YSZ.
في حين تفتخر الزركونيا بأعلى متانة كسر بين السيراميك الأكسيدي، توفر الألومينا حلولاً فعالة من حيث التكلفة مع صلابة ممتازة وثبات حراري. تجمع مركبات الألومينا المقواة بالزركونيا (ZTA) بين الخصائص المفيدة للمادتين، مع الاحتفاظ بصلابة الألومينا مع اكتساب متانة وقوة الزركونيا المحسنة.
