氧化锆陶瓷的性能特点与行业应用

氧化锆或二氧化锆 (ZrO2) 是锆的结晶氧化物。它的颜色为白色或黑色,自然最常见于单斜晶体结构。氧化锆是研究最频繁的材料之一。

氧化锆是一种陶瓷材料,它具有许多先进的机械性能,使其主要适用于各种医疗器械,但也适用于需要用氧化锆制造的零件和产品的不同行业。

氧化锆是否是陶瓷的问题出现了,因为它的结构中包含金属原子,类似于其他类型的陶瓷材料。这使得氧化锆能够将金属的高先天强度与陶瓷的生物相容性相结合

氧化钇部分稳定氧化锆 (Y-PSZ) 掺杂了氧化钇 (Y2O3) 作为稳定剂,它可以增强内部晶粒结构,并通过将材料从单斜晶转变为四方晶相来增强材料的强度。它是一种细晶粒材料,在所有陶瓷材料中具有最高的抗弯强度。它具有非常高的抗冲击性和耐磨性,同时提供低导热性,通常使其成为替代金属的合适材料。添加氧化钇 (Yttria) 使材料能够进行转变增韧,这是高韧性的原因。当材料受到应力时,晶体结构从四方相转变为单斜相变得更有活力,从而导致高度局部化的体积增加 3% – 5%。体积的增加使裂缝受到压缩,从而降低了其生长和传播到更多裂缝的能力。这一特性解释了材料对应力疲劳的低敏感性和高抗弯强度。

用氧化镁 (MgO) 掺杂氧化锆也会导致内部基体受压,然而,这种结构是立方的。M-PSZ 具有更好的耐温、耐湿性能,因为它不受相迁移的影响。即使在 YSZ 机械性能开始恶化的潮湿高温环境中,M-PSZ 也能保持其强度。

氧化锆陶瓷在生坯或饼干形式时,它可以相对容易地加工成复杂的几何形状。然而,使材料完全致密化所需的烧结过程会导致主体收缩约 20%。这种收缩意味着在加工预烧结时不可能保持非常严格的公差。

为了达到非常严格的公差,必须使用金刚石工具对完全烧结的材料进行加工/研磨。在这个过程中,使用非常精确的金刚石涂层工具/砂轮磨掉材料,直到形成所需的形状。由于材料固有的韧性和硬度,这可能是一个耗时且昂贵的过程。

氧化锆陶瓷除了具有高强度、硬度、耐高温、耐酸碱腐蚀和高化学稳定性的条件外,同时具有抗划伤性和耐磨、无信号屏蔽、散热性能优异等特点,同时可加工,外观好,适合批量生产加工成各种复杂几何形状的陶瓷结构件。

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