Ceramazirc Zirconia Fa Avanzare l'Industria Ceramica per Usi Multipli

Immagina un materiale che combina la resistenza dell'acciaio con la resistenza alla corrosione della ceramica, mantenendo al contempo un'eccezionale tenacità alla frattura. Questa straordinaria combinazione sfida la comprensione convenzionale dei materiali ingegneristici. La ceramica di zirconia CeramaZirc™ rappresenta questo progresso rivoluzionario, svolgendo ruoli critici in numerose applicazioni industriali.

La ceramica di biossido di zirconio (ZrO₂), spesso chiamata "acciaio ceramico", combina in modo unico elevata durezza, resistenza all'usura e resistenza alla corrosione. In particolare, possiede uno dei più alti valori di tenacità alla frattura tra i materiali ceramici. Il mercato offre vari gradi di zirconia, con la zirconia stabilizzata con ittria (Y-PSZ) e la zirconia stabilizzata con magnesio (Mg-PSZ) che sono le più comuni. Entrambe dimostrano proprietà eccellenti, sebbene applicazioni specifiche richiedano un'attenta selezione del grado in base alle condizioni operative e ai requisiti di progettazione. L'elevata espansione termica e l'eccezionale resistenza alle crepe della zirconia la rendono ideale per l'unione con metalli come l'acciaio.

• Resistenza alle alte temperature: Resiste a temperature fino a 1000°C, con alcuni gradi che raggiungono i 1500°C
• Bassa conducibilità termica: Minimizza il trasferimento di calore, migliorando l'efficienza energetica
• Inerzia chimica: Mantiene la stabilità in vari ambienti chimici
• Resistenza alla corrosione da metallo fuso: Funziona eccezionalmente anche in condizioni di metallo fuso ad alta temperatura
• Eccezionale resistenza all'usura: Prolunga la durata dei componenti riducendo i costi di manutenzione
• Eccezionale tenacità alla frattura: Resiste alla propagazione delle crepe, migliorando l'affidabilità e la sicurezza
• Durezza superiore: Previene graffi e usura mantenendo la precisione dimensionale

CeramaZirc™ zirconia svolge funzioni critiche in diversi settori, tra cui:

• Apparecchiature ad alta pressione: Produce valvole a sfera e sedi garantendo una tenuta affidabile sotto pressione estrema
• Mezzi di macinazione ad alta densità: Facilita la macinazione di precisione di vari materiali
• Formatura dei metalli: Produce rulli e guide che migliorano la precisione di formatura
• Guide per fili: Minimizza l'attrito e l'usura durante la lavorazione dei fili
• Filiera per estrusione di metalli: Consente una produzione efficiente di profili metallici
• Valvole per pozzi profondi: Garantisce un funzionamento affidabile in ambienti difficili
• Filiera per compattazione di polveri: Migliora la densità e la resistenza del prodotto
• Tenute e cuscinetti per pompe: Migliora l'efficienza e la longevità della pompa
• Componenti per forni ad alta temperatura: Mantiene la stabilità a temperature estreme

CeramaZirc™ zirconia utilizza vari processi di produzione, ognuno dei quali produce materiali con proprietà leggermente diverse, su misura per applicazioni specifiche. I gradi principali includono:

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

Questo composito ceramico di zirconia avanzato combina zirconia parzialmente stabilizzata con una struttura cristallina migliorata. Ottiene un equilibrio ottimale tra resistenza alla flessione, durezza e tenacità alla frattura, eccellendo in particolare nelle applicazioni che coinvolgono impatti meccanici, vibrazioni o urti.

• Temperatura massima di esercizio: 1500°C
• La sinterizzazione completamente densa crea una struttura priva di pori
• Eccezionale tenacità alla frattura e resistenza agli urti
• La microstruttura unica consente l'indurimento per deflessione delle crepe
• Maggiore resistenza all'invecchiamento idrotermico attraverso la stabilizzazione con ceria

• Valvole a sfera e sedi ad alta pressione
• Componenti di pompaggio ad altissima pressione
• Dispositivi di controllo del flusso per omogeneizzatori ad alta pressione
• Valvole e sedi per pozzi profondi
• Rulli e guide per la formatura dei metalli

Questo composito più recente e resistente combina zirconia parzialmente stabilizzata con una struttura cristallina migliorata, densificata mediante pressatura isostatica a caldo (HIP) per una resistenza e un'affidabilità superiori.

• La lavorazione HIP elimina la porosità interna
• Equilibrio ottimale delle proprietà meccaniche
• Eccezionale tenacità alla frattura e resistenza agli urti
• Meccanismo di indurimento per deflessione delle crepe
• Maggiore resistenza all'invecchiamento idrotermico

La zirconia stabilizzata con ittria al 3 mol% ad alta purezza (3YSZ) presenta una struttura a grana raffinata che garantisce prestazioni meccaniche superiori. La distribuzione uniforme delle dimensioni dei grani fornisce migliori proprietà isotrope.

La zirconia stabilizzata con ittria al 3 mol% (3YSZ) di altissima purezza con struttura a grana ultrafine offre prestazioni eccezionali. La densificazione HIP raggiunge la piena densità teorica per un'affidabilità eccezionale.

La zirconia può essere lavorata allo stato verde, bisquit o completamente denso. Sebbene sia relativamente facile da modellare in condizioni di pre-sinterizzazione, il processo di sinterizzazione ad alta temperatura richiesto per la completa densificazione provoca una contrazione di circa il 20%. Ciò rende impossibile il mantenimento di tolleranze strette nella lavorazione pre-sinterizzata.

Il raggiungimento di tolleranze precise richiede la lavorazione/rettifica con utensili diamantati del materiale completamente sinterizzato. Questo processo utilizza utensili di precisione rivestiti di diamante per consumare il materiale nelle forme desiderate, sebbene l'intrinseca tenacità della zirconia renda questo processo lungo e costoso.

Mentre Y-PSZ eccelle in applicazioni meccaniche impegnative, potrebbe non essere adatto per usi ad altissima temperatura a causa dello scorrimento dei bordi dei grani. L'esposizione prolungata ad alte temperature può causare la trasformazione dalla forte fase tetragonale alla fase monoclina più debole. Allo stesso modo, gli ambienti caldi e umidi possono degradare le prestazioni attraverso l'invecchiamento idrotermico. Pertanto, YSZ funziona al meglio in condizioni asciutte e a temperatura moderata.

M-PSZ offre una migliore resistenza alla temperatura e all'umidità senza migrazione di fase, mantenendo la resistenza dove le prestazioni di YSZ diminuirebbero.

Sebbene la zirconia vanti la massima tenacità alla frattura tra le ceramiche di ossido, l'allumina offre soluzioni convenienti con eccellente durezza e stabilità termica. I compositi di allumina rinforzata con zirconia (ZTA) combinano le proprietà benefiche di entrambi i materiali, mantenendo la durezza dell'allumina ottenendo al contempo la maggiore tenacità e resistenza della zirconia.