Ceramazirc Zircônia Avança a Indústria Cerâmica para Múltiplos Usos

Imagine um material que combina a resistência do aço com a resistência à corrosão da cerâmica, mantendo ao mesmo tempo uma tenacidade à fratura excepcional. Essa combinação notável desafia a compreensão convencional dos materiais de engenharia. A cerâmica de zircônia CeramaZirc™ representa esse avanço inovador, desempenhando papéis críticos em inúmeras aplicações industriais.

A cerâmica de dióxido de zircônio (ZrO₂), frequentemente chamada de "aço cerâmico", combina de forma única alta dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão. Notavelmente, ela possui um dos mais altos valores de tenacidade à fratura entre os materiais cerâmicos. O mercado oferece várias classes de zircônia, sendo a zircônia estabilizada com ítria (Y-PSZ) e a zircônia estabilizada com magnésia (Mg-PSZ) as mais comuns. Ambas demonstram excelentes propriedades, embora aplicações específicas exijam uma seleção cuidadosa da classe com base nas condições operacionais e nos requisitos de projeto. A alta expansão térmica e a excepcional resistência à fissuração da zircônia a tornam ideal para unir com metais como o aço.

• Resistência a altas temperaturas: Suporta temperaturas de até 1000°C, com algumas classes atingindo 1500°C
• Baixa condutividade térmica: Minimiza a transferência de calor, melhorando a eficiência energética
• Inércia química: Mantém a estabilidade em vários ambientes químicos
• Resistência à corrosão por metal fundido: Desempenha excepcionalmente mesmo em condições de metal fundido em alta temperatura
• Excelente resistência ao desgaste: Prolonga a vida útil dos componentes, reduzindo os custos de manutenção
• Tenacidade à fratura excepcional: Resiste à propagação de fissuras, aumentando a confiabilidade e a segurança
• Dureza superior: Evita arranhões e desgaste, mantendo a precisão dimensional

A CeramaZirc™ zircônia desempenha funções críticas em vários setores, incluindo:

• Equipamentos de alta pressão: Fabrica válvulas de esfera e sedes, garantindo uma vedação confiável sob pressão extrema
• Mídia de moagem de alta densidade: Facilita a moagem de precisão de vários materiais
• Conformação de metais: Produz rolos e guias que aprimoram a precisão da conformação
• Guias de fios: Minimiza o atrito e o desgaste durante o processamento de fios
• Matrizes de extrusão de metal: Permite a produção eficiente de perfis de metal
• Válvulas de poços profundos: Garante a operação confiável em ambientes agressivos
• Matrizes de compactação de pó: Melhora a densidade e a resistência do produto
• Vedantes e rolamentos de bombas: Melhora a eficiência e a longevidade da bomba
• Componentes de fornos de alta temperatura: Mantém a estabilidade em calor extremo

A CeramaZirc™ zircônia emprega vários processos de fabricação, cada um produzindo materiais com propriedades ligeiramente diferentes, adaptadas a aplicações específicas. As principais classes incluem:

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

Este compósito cerâmico de zircônia avançado combina zircônia parcialmente estabilizada com estrutura cristalina aprimorada. Ele atinge o equilíbrio ideal entre resistência à flexão, dureza e tenacidade à fratura, destacando-se particularmente em aplicações que envolvem impacto mecânico, vibração ou choque.

• Temperatura máxima de operação: 1500°C
• A sinterização totalmente densa cria uma estrutura sem poros
• Excepcional tenacidade à fratura e resistência ao impacto
• Microestrutura única permite o endurecimento por desvio de fissuras
• Resistência aprimorada ao envelhecimento hidrotérmico por meio da estabilização com céria

• Válvulas de esfera e sedes de alta pressão
• Componentes de bombeamento de pressão ultra-alta
• Dispositivos de controle de fluxo para homogeneizadores de alta pressão
• Válvulas e sedes de poços profundos
• Rolos e guias de conformação de metal

Este compósito mais recente e resistente combina zircônia parcialmente estabilizada com estrutura cristalina aprimorada, densificada por prensagem isostática a quente (HIP) para maior resistência e confiabilidade.

• O processamento HIP elimina a porosidade interna
• Equilíbrio ideal de propriedades mecânicas
• Excepcional tenacidade à fratura e resistência ao impacto
• Mecanismo de endurecimento por desvio de fissuras
• Resistência aprimorada ao envelhecimento hidrotérmico

A zircônia estabilizada com ítria (3YSZ) de alta pureza, com 3 mol%, apresenta uma estrutura de grão refinada, garantindo desempenho mecânico superior. A distribuição uniforme do tamanho dos grãos fornece melhores propriedades isotrópicas.

A zircônia estabilizada com ítria (3YSZ) de altíssima pureza, com 3 mol%, com estrutura de grão ultrafina, oferece desempenho excepcional. A densificação HIP atinge a densidade teórica total para confiabilidade excepcional.

A zircônia pode ser usinada em estados verde, bisque ou totalmente denso. Embora seja relativamente fácil de moldar em condições pré-sinterizadas, o processo de sinterização em alta temperatura necessário para a densificação total causa uma contração de aproximadamente 20%. Isso torna impossível manter tolerâncias apertadas na usinagem pré-sinterizada.

Atingir tolerâncias precisas requer usinagem/retificação com ferramentas diamantadas do material totalmente sinterizado. Este processo usa ferramentas de precisão revestidas com diamante para desgastar o material nas formas desejadas, embora a tenacidade inerente da zircônia torne isso demorado e caro.

Embora a Y-PSZ se destaque em aplicações mecânicas exigentes, ela pode não ser adequada para usos em temperaturas muito altas devido ao deslizamento dos limites de grão. A exposição prolongada a altas temperaturas pode causar a transformação da fase tetragonal forte para a fase monoclínica mais fraca. Da mesma forma, ambientes quentes e úmidos podem degradar o desempenho por meio do envelhecimento hidrotérmico. Portanto, a YSZ tem o melhor desempenho em condições secas e de temperatura moderada.

A M-PSZ oferece melhor resistência à temperatura e à umidade sem migração de fase, mantendo a resistência onde o desempenho da YSZ diminuiria.

Embora a zircônia possua a maior tenacidade à fratura entre as cerâmicas de óxido, a alumina oferece soluções econômicas com excelente dureza e estabilidade térmica. Os compósitos de alumina reforçada com zircônia (ZTA) combinam propriedades benéficas de ambos os materiais, retendo a dureza da alumina, ao mesmo tempo em que ganham a tenacidade e a resistência aprimoradas da zircônia.