عن خريطة الموقع |

زركونيا - جيفينج سيراميك

زركونيا

زركونيا

مواد السيراميك زركونيا

الزركونيا هو أكسيد بلوري أبيض يتكون من الزركونيوم (زر) والأكسجين (يا), مع الصيغة الكيميائية ZrO₂. يوجد الزركونيا النقي في ثلاث مراحل بلورية عند درجات حرارة مختلفة: أحادي الميل (م-ZrO₂), رباعي الزوايا (تي-ZrO₂), ومكعب (ج-ZrO₂). التحول من الطور الرباعي إلى الطور أحادي الميل يكون مصحوبًا بتوسع في الحجم تقريبًا 3-5%, مما قد يؤدي إلى تشقق السيراميك أثناء التبريد. للتغلب على هذه المشكلة, المثبتات (مثل أكسيد الإيتريوم Y₂O₃, أكسيد المغنيسيوم MgO, أكسيد الكالسيوم CaO, إلخ.) تضاف عادة لتحقيق الاستقرار في المراحل البلورية ذات درجة الحرارة العالية, وبذلك تحقيق أ “تشديد مرحلة التحول” آلية وتحسين كبير في صلابة كسر المواد.

زركونيا (زرو₂) السيراميك, بسبب خواصها الميكانيكية الممتازة وخصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة, تحتل مكانة حاسمة في مجال السيراميك المتقدم. المعروف باسم “فولاذ سيراميك,” ويستخدم على نطاق واسع في مجالات التكنولوجيا الفائقة مثل الفضاء الجوي, الطب الحيوي, الالكترونيات والاتصالات, والآلات الدقيقة, مما يجعلها واحدة من المواد الأساسية التي لا غنى عنها في الصناعة الحديثة.

سيراميك زركونيا

الأشكال البلورية لأكسيد الألومنيوم

أكسيد الألومنيوم (آل₂O₃) ومن المعروف أنه موجود في أكثر من عشرة هياكل بلورية, بما في ذلك ألفا, ج, ب, أو, د, أنا, ح, κ-Al₂O₃ ومرحلة غير متبلورة. من بين هؤلاء, الأكثر شيوعا وأهمية هي α-Al₂O₃, γ-Al₂O₃, و β-Al₂O₃. تظهر هذه الأشكال المختلفة من أكسيد الألومنيوم اختلافات كبيرة في البنية والخصائص, والتي تحدد مجالات التطبيق الخاصة بكل منها.

  • الهيكل البلوري: ينتمي إلى المجموعة الفضائية P2₁/c, يُظهر تناسقًا منخفضًا نسبيًا في البنية البلورية وترتيبًا ذريًا فضفاضًا نسبيًا. تحتوي خلية الوحدة على تناظر أحادي الميل.
  • ظروف الاستقرار: تحت درجة الحرارة والضغط العاديين, يوجد ثاني أكسيد الزركونيوم في المرحلة أحادية الميل, وهي المرحلة المستقرة لثاني أكسيد الزركونيوم في درجة حرارة الغرفة.
  • الخصائص الفيزيائية: الكثافة تقريبًا 5.65-5.68 جم/سم3, ولها صلابة منخفضة نسبيا. الهيكل البلوري عرضة للتشوه تحت الضغط.
  • الهيكل البلوري: إنه ينتمي إلى المجموعة الفضائية P4₂/nmc, مع خلية وحدة رباعية الزوايا وترتيب ذري أكثر انتظامًا وتنظيمًا, إظهار التماثل البلوري العالي.
  • ظروف الاستقرار: عندما ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 1150 درجة مئوية, زركونيا أحادية الميل تمر بمرحلة انتقالية, التحول إلى المرحلة الرباعية. الطور الرباعي مستقر في نطاق درجة الحرارة من 1150 إلى 2370 درجة مئوية.
  • الخصائص الفيزيائية: الكثافة تقريبًا 6.10 جم/سم3, ويتم تحسين الصلابة والقوة مقارنة بالمرحلة أحادية الميل. يُظهر الهيكل البلوري ثباتًا جيدًا عند درجات الحرارة المرتفعة.
  • الهيكل البلوري: إنه ينتمي إلى مجموعة Fm3m الفضائية, مع خلية وحدة مكعبة مثالية وترتيب متماثل للغاية من الذرات, مما يجعلها المرحلة الأكثر تناسقًا بين الهياكل البلورية لثاني أكسيد الزركونيوم.
  • ظروف الاستقرار: عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 2370 درجة مئوية, يتحول الطور الرباعي لثاني أكسيد الزركونيوم إلى الطور المكعب. الطور المكعب مستقر في نطاق درجة الحرارة من 2370 إلى 2715 درجة مئوية (نقطة الانصهار).
  • الخصائص الفيزيائية: تبلغ كثافته حوالي 6.27 جم/سم3, يمتلك صلابة عالية, قوة, والاستقرار الحراري, ويظهر هيكلها البلوري أداءً ممتازًا في درجات الحرارة المرتفعة.

تتحول هذه الأشكال البلورية الثلاثة من الزركونيا إلى بعضها البعض تحت درجات حرارة وبيئات كيميائية مختلفة, وتختلف خصائصها وتطبيقاتها حسب التركيب البلوري. من خلال التحكم في درجة الحرارة, إضافة المثبتات, وطرق أخرى, يمكن تعديل التركيب البلوري للزركونيا لتلبية احتياجات التطبيق في المجالات المختلفة.

الأشكال المتعددة للزركونيا
مخطط نموذجي للهيكل البلوري لأكسيد الألومنيوم
الهياكل البلورية الثلاثة للزركونيا وتحولاتها.
الهياكل البلورية الثلاثة للزركونيا وتحولاتها.

الأداء الأساسي والمزايا

يمتلك سيراميك الزركونيا قوة وصلابة عالية للغاية, إلى جانب صلابة الكسر المعلقة, متفوقة بكثير على مواد السيراميك التقليدية الأخرى. تُعزى هذه المتانة العالية في المقام الأول إلى آلية تشديد تحويل الطور الفريدة الخاصة بها: أثناء انتشار الكراك, تتحول جزيئات الزركونيا الرباعية الزوايا إلى الطور أحادي الميل في ظل الظروف الناجمة عن الإجهاد, امتصاص طاقة الشقوق وبالتالي منع المزيد من امتداد الشقوق.
ملكية
القيمة النموذجية
وحدة
ملاحظات
كثافة
5.85 – 6.05
جم/سم3
كثافة عالية
صلابة فيكرز
1200 – 1400
الجهد العالي
مقاومة التآكل ممتازة
قوة العاطفة
900 – 1200
MPa
قدرة تحمل عالية
صلابة الكسر
8 – 12
ميجاباسكال·م^1/2
السمة الرئيسية ل “فولاذ سيراميك”
معامل مرن
200 – 220
المعدل التراكمي
صلابة جيدة

أبعد من الخصائص الميكانيكية, يُظهر سيراميك الزركونيا أيضًا ثباتًا فيزيائيًا وكيميائيًا ملحوظًا:

  1. مقاومة درجات الحرارة العالية: نقطة انصهار تصل إلى 2715 درجة مئوية, عملية مستقرة في بيئات درجة الحرارة العالية.
  2. مقاومة التآكل: مقاومة قوية للوسائط الكيميائية مثل الأحماض, القلويات, والأملاح, مناسبة للبيئات الكيميائية القاسية.
  3. الموصلية الحرارية المنخفضة: الموصلية الحرارية منخفضة مثل 2-3 ث/(م·ك), مما يجعله عازلاً حرارياً ممتازاً.
  4. معامل التمدد الحراري: تقريبًا 10.5 × 10⁻⁶/ك, بالقرب من المواد المعدنية (على سبيل المثال, فُولاَذ), تسهيل الترابط المركب مع المعادن.
  5. التوافق الحيوي: غير سامة, غير مزعجة, والتوافق الجيد مع الأنسجة البشرية, مما يجعلها مادة طبية حيوية مثالية.

جدول خصائص سيراميك الزركونيا

ملكية

وحدة

Z-100

Z-200

Z-300

ZM-100

زب-100

تكوين المواد

ZrO₂-Y₂O₃

ZrO₂-Y₂O₃

ZrO₂-Y₂O₃

ZrO₂-Y₂O₃

ZrO₂-Y₂O₃

لون

أبيض

أبيض

أبيض

أصفر

أزرق

كثافة

جم/سم3

6.00

6.03

6.04

5.70

6.03

قوة العاطفة

MPa

900

950

1100

450

1100

قوة ضاغطة

MPa

2100

2200

2300

1600

2300

معامل مرن

المعدل التراكمي

200

210

220

210

220

صلابة الكسر

ميجاباسكال·م¹/²

9.0

9.0

5.5

7.0

نسبة بواسون

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

صلابة (HRA)

HRA

89

90

90

88

90

صلابة فيكرز

HV1

1250

1450

1450

1240

1450

معامل التمدد الحراري

10⁻⁶/ك

10

10

10

10

الموصلية الحرارية

ث/(م·ك)

3

3

3

3

3

مقاومة الصدمات الحرارية

ΔT درجة مئوية

400

400

400

400

ماكس استخدام درجة الحرارة (أكسدة)

درجة مئوية

1000

1000

1000

850

1000

ماكس استخدام درجة الحرارة (تخفيض/خامل)

درجة مئوية

1000

1000

1000

850

1000

مقاومة الحجم (20درجة مئوية)

أوه · سم

10¹³

10¹²

10¹²

5×10¹³

10¹²

قوة عازلة

كيلو فولت / مم

19

15

17

19

17

ثابت العزل الكهربائي (1ميغاهيرتز)

28

30

30

27

30

فقدان العزل الكهربائي (تانδ)

2×10⁻³

2×10⁻³

2×10⁻³

2×10⁻³ (1غيغاهيرتز)

2×10⁻³

كيف يتم تصنيع سيراميك الزركونيا?

كيف يتم تصنيع سيراميك الألومينا؟

تطبيقات سيراميك الزركونيا

الأسئلة المتداولة حول سيراميك الألومينا

يتم تقدير سيراميك الزركونيا لقوته العالية وصلابة الكسر.
بالمقارنة مع معظم السيراميك التقنية, فهو أكثر مقاومة للتشقق والتأثير.
وهذا يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تكون فيها الموثوقية الميكانيكية أمرًا بالغ الأهمية.

يتمتع سيراميك الزركونيا عمومًا بصلابة أعلى للكسر من سيراميك الألومينا, مما يعني أنها أقل هشاشة تحت الضغط الميكانيكي.
الألومينا, لكن, قد توفر مقاومة أفضل للتآكل واستقرارًا حراريًا في ظروف معينة.
يعتمد الخيار الأفضل على كيفية فشل المكون في التشغيل الحقيقي.

الزركونيا المستقرة بالإيتريا هي أكسيد الزركونيوم مع أكسيد الإيتريوم.
يعمل هذا التثبيت على تحسين استقرار المرحلة والمتانة.
إنها تسمح للمادة بالحفاظ على قوتها تحت الحمل والضغط الحراري.

يعمل سيراميك الزركونيا بشكل جيد في درجات الحرارة المرتفعة وله موصلية حرارية منخفضة.
غالبًا ما يستخدم عندما يكون العزل الحراري أو الاستقرار الحراري مطلوبًا.
للتعرض طويل الأمد أو ركوب الدراجات الحرارية السريعة, وينبغي تقييم حدود التشغيل بعناية.

يمكن استخدام سيراميك الزركونيا في تطبيقات التآكل, خاصة عندما تكون مقاومة التأثير مهمة.
لظروف التآكل الكاشطة النقية, السيراميك الأخرى مثل الألومينا أو كربيد السيليكون
قد يقدم أداءً أفضل اعتمادًا على تصميم النظام.

يظهر سيراميك الزركونيا مقاومة ممتازة لمعظم الأحماض, القلويات, والمواد الكيميائية الصناعية.
وهذا يجعلها مناسبة للمعالجة الكيميائية وبيئات التشغيل المسببة للتآكل
حيث قد تفشل المكونات المعدنية بسرعة.

نعم. يمكن تخصيص مكونات سيراميك الزركونيا في درجة المواد, مقاس, شكل,
الانتهاء من السطح, والتسامح.
يساعد التخصيص على ضمان الملاءمة المناسبة والأداء المستقر في ظل ظروف تشغيل محددة.