La zircone Ceramazirc fait progresser l'industrie céramique pour de multiples utilisations

Imaginez un matériau qui combine la résistance de l'acier avec la résistance à la corrosion de la céramique tout en conservant une ténacité à la fracture exceptionnelle. Cette combinaison remarquable remet en question la compréhension conventionnelle des matériaux d'ingénierie. La céramique CeramaZirc™ en zircone représente cette avancée révolutionnaire, jouant des rôles essentiels dans de nombreuses applications industrielles.

La céramique de dioxyde de zirconium (ZrO₂), souvent appelée "acier céramique", combine de manière unique une dureté, une résistance à l'usure et une résistance à la corrosion élevées. Plus particulièrement, elle possède l'une des valeurs de ténacité à la fracture les plus élevées parmi les matériaux céramiques. Le marché propose différents grades de zircone, la zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium (Y-PSZ) et la zircone stabilisée à l'oxyde de magnésium (Mg-PSZ) étant les plus courants. Les deux présentent d'excellentes propriétés, bien que des applications spécifiques nécessitent une sélection minutieuse du grade en fonction des conditions de fonctionnement et des exigences de conception. La forte dilatation thermique et l'excellente résistance à la fissuration de la zircone la rendent idéale pour l'assemblage avec des métaux comme l'acier.

• Résistance aux hautes températures : Résiste à des températures allant jusqu'à 1000°C, certains grades atteignant 1500°C
• Faible conductivité thermique : Minimise le transfert de chaleur, améliorant l'efficacité énergétique
• Inertie chimique : Maintient la stabilité dans divers environnements chimiques
• Résistance à la corrosion par les métaux en fusion : Fonctionne exceptionnellement bien, même dans des conditions de métaux en fusion à haute température
• Excellente résistance à l'usure : Prolonge la durée de vie des composants tout en réduisant les coûts de maintenance
• Ténacité à la fracture exceptionnelle : Résiste à la propagation des fissures, améliorant la fiabilité et la sécurité
• Dureté supérieure : Empêche les rayures et l'usure tout en maintenant la précision dimensionnelle

La CeramaZirc™ zircone remplit des fonctions essentielles dans de multiples industries, notamment :

• Équipement haute pression : Fabrique des robinets à boisseau sphérique et des sièges assurant une étanchéité fiable sous une pression extrême
• Milieux de broyage haute densité : Facilite le broyage de précision de divers matériaux
• Formage des métaux : Produit des rouleaux et des guides qui améliorent la précision du formage
• Guides-fils : Minimise le frottement et l'usure lors du traitement des fils
• Matrices d'extrusion de métaux : Permet une production efficace de profilés métalliques
• Vannes de puits profonds : Assure un fonctionnement fiable dans des environnements difficiles
• Matrices de compactage de poudre : Améliore la densité et la résistance des produits
• Joints et roulements de pompe : Améliore l'efficacité et la longévité des pompes
• Composants de four à haute température : Maintient la stabilité à des températures extrêmes

La CeramaZirc™ zircone utilise divers procédés de fabrication, chacun produisant des matériaux avec des propriétés légèrement différentes, adaptées à des applications spécifiques. Les principaux grades comprennent :

• CeramaZirc™ Ultra Tough zircone
• CeramaZirc™ Ultra Tough HIP zircone
• CeramaZirc™ 3YZ zircone
• CeramaZirc™ Nano HIP zircone

Ce composite céramique de zircone avancé combine de la zircone partiellement stabilisée avec une structure cristalline améliorée. Il atteint un équilibre optimal entre la résistance à la flexion, la dureté et la ténacité à la fracture, excellant particulièrement dans les applications impliquant un impact mécanique, des vibrations ou des chocs.

• Température de fonctionnement maximale : 1500°C
• Le frittage entièrement dense crée une structure sans pores
• Ténacité à la fracture et résistance aux chocs exceptionnelles
• Une microstructure unique permet un durcissement par déviation des fissures
• Résistance au vieillissement hydrothermal améliorée grâce à la stabilisation à la céria

• Robinets à boisseau sphérique et sièges haute pression
• Composants de pompage à ultra haute pression
• Dispositifs de contrôle de débit pour homogénéisateurs haute pression
• Vannes et sièges de puits profonds
• Rouleaux et guides de formage des métaux

Ce composite le plus récent et le plus résistant combine de la zircone partiellement stabilisée avec une structure cristalline améliorée, densifiée par pressage isostatique à chaud (HIP) pour une résistance et une fiabilité supérieures.

• Le traitement HIP élimine la porosité interne
• Équilibre optimal des propriétés mécaniques
• Ténacité à la fracture et résistance aux chocs exceptionnelles
• Mécanisme de durcissement par déviation des fissures
• Résistance au vieillissement hydrothermal améliorée

La zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium (3YSZ) à 3 mol% de haute pureté présente une structure granulaire raffinée assurant des performances mécaniques supérieures. La répartition uniforme de la taille des grains offre de meilleures propriétés isotropes.

La zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium (3YSZ) à 3 mol% de la plus haute pureté avec une structure granulaire ultrafine offre des performances exceptionnelles. La densification HIP permet d'atteindre la densité théorique complète pour une fiabilité exceptionnelle.

La zircone peut être usinée à l'état vert, biscuit ou entièrement dense. Bien qu'il soit relativement facile de la façonner dans des conditions pré-frittées, le processus de frittage à haute température requis pour une densification complète provoque une rétraction d'environ 20 %. Cela rend impossible le maintien de tolérances serrées lors de l'usinage pré-fritté.

L'obtention de tolérances précises nécessite l'usinage/meulage à la meule diamantée du matériau entièrement fritté. Ce processus utilise des outils de précision recouverts de diamant pour user le matériau dans les formes souhaitées, bien que la ténacité inhérente de la zircone rende cette opération longue et coûteuse.

Bien que la Y-PSZ excelle dans les applications mécaniques exigeantes, elle peut ne pas convenir aux utilisations à très haute température en raison du glissement des joints de grains. Une exposition prolongée à haute température peut provoquer une transformation de la phase tétragonale forte en une phase monoclinique plus faible. De même, les environnements chauds et humides peuvent dégrader les performances par vieillissement hydrothermal. Par conséquent, la YSZ fonctionne mieux dans des conditions sèches et à température modérée.

La M-PSZ offre une meilleure résistance à la température et à l'humidité sans migration de phase, maintenant sa résistance là où les performances de la YSZ diminueraient.

Bien que la zircone possède la ténacité à la fracture la plus élevée parmi les céramiques oxydes, l'alumine offre des solutions rentables avec une excellente dureté et stabilité thermique. Les composites d'alumine renforcée à la zircone (ZTA) combinent les propriétés bénéfiques des deux matériaux, conservant la dureté de l'alumine tout en gagnant la ténacité et la résistance améliorées de la zircone.