Ceramazirc Zirconia Avanza la Industria Cerámica para Múltiples Usos

Imagine un material que combina la resistencia del acero con la resistencia a la corrosión de la cerámica, manteniendo al mismo tiempo una tenacidad a la fractura excepcional. Esta notable combinación desafía la comprensión convencional de los materiales de ingeniería. La cerámica de zirconia CeramaZirc™ representa este avance innovador, desempeñando funciones críticas en numerosas aplicaciones industriales.

La cerámica de dióxido de circonio (ZrO₂), a menudo llamada "acero cerámico", combina de forma única alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión. Lo más notable es que posee uno de los valores de tenacidad a la fractura más altos entre los materiales cerámicos. El mercado ofrece varios grados de zirconia, siendo la zirconia estabilizada con itria (Y-PSZ) y la zirconia estabilizada con magnesia (Mg-PSZ) las más comunes. Ambas demuestran excelentes propiedades, aunque las aplicaciones específicas requieren una cuidadosa selección del grado en función de las condiciones de funcionamiento y los requisitos de diseño. La alta expansión térmica y la excepcional resistencia a las grietas de la zirconia la hacen ideal para unirse a metales como el acero.

• Resistencia a altas temperaturas: Resiste temperaturas de hasta 1000°C, y algunos grados alcanzan los 1500°C
• Baja conductividad térmica: Minimiza la transferencia de calor, mejorando la eficiencia energética
• Inercia química: Mantiene la estabilidad en diversos entornos químicos
• Resistencia a la corrosión por metales fundidos: Funciona excepcionalmente incluso en condiciones de metales fundidos a alta temperatura
• Excepcional resistencia al desgaste: Prolonga la vida útil de los componentes al tiempo que reduce los costes de mantenimiento
• Excepcional tenacidad a la fractura: Resiste la propagación de grietas, mejorando la fiabilidad y la seguridad
• Dureza superior: Evita arañazos y desgaste, manteniendo la precisión dimensional

La zirconia CeramaZirc™ desempeña funciones críticas en múltiples industrias, incluyendo:

• Equipos de alta presión: Fabrica válvulas de bola y asientos que garantizan un sellado fiable bajo presión extrema
• Medios de molienda de alta densidad: Facilita la molienda de precisión de diversos materiales
• Conformado de metales: Produce rodillos y guías que mejoran la precisión del conformado
• Guías de alambre: Minimiza la fricción y el desgaste durante el procesamiento del alambre
• Matrices de extrusión de metales: Permite la producción eficiente de perfiles metálicos
• Válvulas de pozo profundo: Garantiza un funcionamiento fiable en entornos hostiles
• Matrices de compactación de polvo: Mejora la densidad y la resistencia del producto
• Sellos y rodamientos de bombas: Mejora la eficiencia y la longevidad de las bombas
• Componentes de hornos de alta temperatura: Mantiene la estabilidad a temperaturas extremas

CeramaZirc™ zirconia emplea varios procesos de fabricación, cada uno de los cuales produce materiales con propiedades ligeramente diferentes adaptadas a aplicaciones específicas. Los grados principales incluyen:

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

Este avanzado compuesto cerámico de zirconia combina zirconia parcialmente estabilizada con una estructura cristalina mejorada. Logra un equilibrio óptimo entre resistencia a la flexión, dureza y tenacidad a la fractura, destacando especialmente en aplicaciones que implican impacto mecánico, vibración o choque.

• Temperatura máxima de funcionamiento: 1500°C
• La sinterización totalmente densa crea una estructura sin poros
• Excepcional tenacidad a la fractura y resistencia al impacto
• La microestructura única permite el endurecimiento por deflexión de grietas
• Resistencia mejorada al envejecimiento hidrotérmico mediante la estabilización con ceria

• Válvulas de bola y asientos de alta presión
• Componentes de bombeo de ultra alta presión
• Dispositivos de control de flujo para homogeneizadores de alta presión
• Válvulas y asientos de pozo profundo
• Rodillos y guías para conformado de metales

Este compuesto más nuevo y resistente combina zirconia parcialmente estabilizada con una estructura cristalina mejorada, densificada mediante prensado isostático en caliente (HIP) para una resistencia y fiabilidad superiores.

• El procesamiento HIP elimina la porosidad interna
• Equilibrio óptimo de propiedades mecánicas
• Excepcional tenacidad a la fractura y resistencia al impacto
• Mecanismo de endurecimiento por deflexión de grietas
• Resistencia mejorada al envejecimiento hidrotérmico

La zirconia estabilizada con itria (3YSZ) de alta pureza al 3 % en moles presenta una estructura de grano refinada que garantiza un rendimiento mecánico superior. La distribución uniforme del tamaño de grano proporciona mejores propiedades isotrópicas.

La zirconia estabilizada con itria (3YSZ) de alta pureza al 3 % en moles con una estructura de grano ultrafino ofrece un rendimiento excepcional. La densificación HIP logra la densidad teórica completa para una fiabilidad excepcional.

La zirconia se puede mecanizar en estado verde, bizcocho o totalmente denso. Si bien es relativamente fácil de dar forma en condiciones pre-sinterizadas, el proceso de sinterización a alta temperatura requerido para la densificación completa provoca una contracción de aproximadamente el 20 %. Esto hace que sea imposible mantener tolerancias estrictas en el mecanizado pre-sinterizado.

Lograr tolerancias precisas requiere el mecanizado/rectificado con herramientas de diamante del material totalmente sinterizado. Este proceso utiliza herramientas de precisión recubiertas de diamante para desgastar el material en las formas deseadas, aunque la tenacidad inherente de la zirconia hace que este proceso consuma mucho tiempo y sea costoso.

Si bien la Y-PSZ destaca en aplicaciones mecánicas exigentes, es posible que no sea adecuada para usos a temperaturas muy altas debido al deslizamiento de los límites de grano. La exposición prolongada a altas temperaturas puede provocar la transformación de la fase tetragonal fuerte a la fase monoclínica más débil. De manera similar, los entornos cálidos y húmedos pueden degradar el rendimiento a través del envejecimiento hidrotérmico. Por lo tanto, la YSZ funciona mejor en condiciones secas y de temperatura moderada.

La M-PSZ ofrece una mejor resistencia a la temperatura y a la humedad sin migración de fase, manteniendo la resistencia donde el rendimiento de la YSZ disminuiría.

Si bien la zirconia cuenta con la mayor tenacidad a la fractura entre las cerámicas de óxido, la alúmina proporciona soluciones rentables con excelente dureza y estabilidad térmica. Los compuestos de alúmina reforzada con zirconia (ZTA) combinan las propiedades beneficiosas de ambos materiales, conservando la dureza de la alúmina al tiempo que ganan la tenacidad y resistencia mejoradas de la zirconia.