سرامیزیرک زیرکونیا، صنعت سرامیک را برای کاربردهای متعدد ارتقا می‌دهد.

تصور کنید ماده‌ای که استحکام فولاد را با مقاومت به خوردگی سرامیک ترکیب می‌کند و در عین حال چقرمگی شکست استثنایی را حفظ می‌کند. این ترکیب قابل توجه، درک متعارف مواد مهندسی را به چالش می‌کشد. سرامیک زیرکونیای CeramaZirc™ این پیشرفت چشمگیر را نشان می‌دهد و نقش‌های مهمی را در کاربردهای صنعتی متعدد ایفا می‌کند.

سرامیک دی‌اکسید زیرکونیوم (ZrO₂)، که اغلب «فولاد سرامیکی» نامیده می‌شود، به طور منحصر به فردی سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی را ترکیب می‌کند. قابل توجه‌تر از همه، یکی از بالاترین مقادیر چقرمگی شکست را در میان مواد سرامیکی دارد. بازار درجه‌های مختلف زیرکونیا را ارائه می‌دهد که زیرکونیای تثبیت‌شده با ایتریم (Y-PSZ) و زیرکونیای تثبیت‌شده با منیزیم (Mg-PSZ) رایج‌ترین آن‌ها هستند. هر دو خواص عالی را نشان می‌دهند، اگرچه کاربردهای خاص نیاز به انتخاب دقیق درجه بر اساس شرایط عملیاتی و الزامات طراحی دارد. انبساط حرارتی بالا و مقاومت استثنایی زیرکونیا در برابر ترک خوردگی، آن را برای اتصال با فلزاتی مانند فولاد ایده‌آل می‌کند.

• مقاومت در برابر دمای بالا: مقاومت در برابر دما تا 1000 درجه سانتی‌گراد، با برخی از درجه‌ها تا 1500 درجه سانتی‌گراد
• هدایت حرارتی کم: انتقال حرارت را به حداقل می‌رساند و راندمان انرژی را بهبود می‌بخشد
• خنثی بودن شیمیایی: پایداری را در محیط‌های شیمیایی مختلف حفظ می‌کند
• مقاومت در برابر خوردگی فلز مذاب: حتی در شرایط دمای بالای فلز مذاب عملکرد استثنایی دارد
• مقاومت در برابر سایش عالی: طول عمر اجزا را افزایش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد
• چقرمگی شکست استثنایی: در برابر انتشار ترک مقاومت می‌کند و قابلیت اطمینان و ایمنی را افزایش می‌دهد
• سختی برتر: از خراشیدگی و سایش جلوگیری می‌کند و در عین حال دقت ابعادی را حفظ می‌کند

CeramaZirc™ زیرکونیا عملکردهای مهمی را در صنایع متعدد انجام می‌دهد، از جمله:

• تجهیزات فشار قوی: شیرهای توپی و نشیمن‌گاه‌ها را تولید می‌کند و آب‌بندی قابل اعتماد را تحت فشار شدید تضمین می‌کند
• مواد آسیاب با چگالی بالا: آسیاب دقیق مواد مختلف را تسهیل می‌کند
• شکل‌دهی فلز: غلتک‌ها و راهنماهایی را تولید می‌کند که دقت شکل‌دهی را افزایش می‌دهند
• راهنماهای سیم: اصطکاک و سایش را در طول فرآوری سیم به حداقل می‌رساند
• قالب‌های اکستروژن فلز: تولید کارآمد پروفیل‌های فلزی را امکان‌پذیر می‌کند
• شیرهای چاه عمیق: عملکرد قابل اعتماد را در محیط‌های سخت تضمین می‌کند
• قالب‌های فشرده‌سازی پودر: چگالی و استحکام محصول را بهبود می‌بخشد
• مهر و موم‌ها و یاتاقان‌های پمپ: راندمان و طول عمر پمپ را افزایش می‌دهد
• اجزای کوره با دمای بالا: پایداری را در گرمای شدید حفظ می‌کند

CeramaZirc™ زیرکونیا از فرآیندهای تولید مختلفی استفاده می‌کند که هر کدام موادی با خواص کمی متفاوت تولید می‌کنند که برای کاربردهای خاص تنظیم شده‌اند. درجه‌های اصلی عبارتند از:

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

این کامپوزیت سرامیکی زیرکونیای پیشرفته، زیرکونیای جزئی تثبیت‌شده را با ساختار کریستالی بهبود یافته ترکیب می‌کند. این امر تعادل بهینه بین استحکام خمشی، سختی و چقرمگی شکست را به دست می‌آورد، به ویژه در کاربردهایی که شامل ضربه مکانیکی، لرزش یا شوک هستند، عالی است.

• حداکثر دمای کارکرد: 1500 درجه سانتی‌گراد
• تف‌جوش کاملاً متراکم، ساختار بدون منفذ ایجاد می‌کند
• چقرمگی شکست و مقاومت در برابر ضربه استثنایی
• ریزساختار منحصر به فرد، چقرمگی انحراف ترک را امکان‌پذیر می‌کند
• افزایش مقاومت در برابر پیری هیدروترمال از طریق تثبیت سریا

• شیرهای توپی و نشیمن‌گاه‌های فشار قوی
• اجزای پمپاژ فشار فوق‌العاده بالا
• دستگاه‌های کنترل جریان برای هموژنایزرهای فشار قوی
• شیرها و نشیمن‌گاه‌های چاه عمیق
• غلتک‌ها و راهنماهای شکل‌دهی فلز

این جدیدترین و سخت‌ترین کامپوزیت، زیرکونیای جزئی تثبیت‌شده را با ساختار کریستالی بهبود یافته ترکیب می‌کند که از طریق پرس ایزواستاتیک داغ (HIP) برای استحکام و قابلیت اطمینان برتر متراکم شده است.

• فرآوری HIP تخلخل داخلی را از بین می‌برد
• تعادل بهینه خواص مکانیکی
• چقرمگی شکست و مقاومت در برابر ضربه استثنایی
• مکانیسم چقرمگی انحراف ترک
• بهبود مقاومت در برابر پیری هیدروترمال

زیرکونیای تثبیت‌شده با ایتریای 3 مول% با خلوص بالا (3YSZ) دارای ساختار دانه‌ای اصلاح‌شده است که عملکرد مکانیکی برتر را تضمین می‌کند. توزیع اندازه دانه یکنواخت، خواص ایزوتروپیک بهتری را فراهم می‌کند.

زیرکونیای تثبیت‌شده با ایتریای 3 مول% با بالاترین خلوص (3YSZ) با ساختار دانه فوق‌العاده ریز، عملکرد استثنایی را ارائه می‌دهد. تراکم HIP به چگالی نظری کامل برای قابلیت اطمینان برجسته دست می‌یابد.

زیرکونیا را می‌توان در حالت سبز، بیسکویتی یا کاملاً متراکم ماشین‌کاری کرد. در حالی که شکل‌دهی آن در شرایط قبل از تف‌جوش نسبتاً آسان است، فرآیند تف‌جوش با دمای بالا که برای تراکم کامل مورد نیاز است، تقریباً 20٪ انقباض ایجاد می‌کند. این امر حفظ تلرانس‌های دقیق در ماشین‌کاری قبل از تف‌جوش را غیرممکن می‌سازد.

دستیابی به تلرانس‌های دقیق، نیاز به ماشین‌کاری/سایش ابزار الماس از مواد کاملاً تف‌جوش شده دارد. این فرآیند از ابزارهای دقیق با روکش الماس برای سایش مواد به شکل‌های دلخواه استفاده می‌کند، اگرچه چقرمگی ذاتی زیرکونیا این کار را زمان‌بر و پرهزینه می‌کند.

در حالی که Y-PSZ در کاربردهای مکانیکی پر تقاضا عالی است، ممکن است برای مصارف با دمای بسیار بالا به دلیل لغزش مرز دانه مناسب نباشد. قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض دمای بالا می‌تواند باعث تبدیل از فاز تتراگونال قوی به فاز مونوکلینیک ضعیف‌تر شود. به طور مشابه، محیط‌های مرطوب گرم ممکن است عملکرد را از طریق پیری هیدروترمال تخریب کنند. بنابراین، YSZ در شرایط خشک و دمای متوسط ​​بهترین عملکرد را دارد.

M-PSZ مقاومت بهتری در برابر دما و رطوبت بدون مهاجرت فاز ارائه می‌دهد و استحکام را در جایی که عملکرد YSZ کاهش می‌یابد، حفظ می‌کند.

در حالی که زیرکونیا بالاترین چقرمگی شکست را در میان سرامیک‌های اکسیدی دارد، آلومینا راه‌حل‌های مقرون‌به‌صرفه‌ای با سختی عالی و پایداری حرارتی ارائه می‌دهد. کامپوزیت‌های آلومینای سخت‌شده با زیرکونیا (ZTA) خواص مفیدی از هر دو ماده را ترکیب می‌کنند، سختی آلومینا را حفظ می‌کنند و در عین حال چقرمگی و استحکام بهبود یافته زیرکونیا را به دست می‌آورند.