关于氧化锆陶瓷(ZrO2)

氧化锆一般指二氧化锆,化学式为ZrO2,是锆的主要氧化物,通常状况下为白色无臭无味晶体,难溶于水、盐酸和稀硫酸。

与倾向于变硬和变脆的传统陶瓷不同,氧化锆具有很高的强度,耐磨性和柔韧性,远远超过了大多数其他技术陶瓷。氧化锆是一种非常坚固的工业陶瓷,在硬度,断裂韧性和耐腐蚀性方面均具有优异的性能,因此它有时被称为“陶瓷钢”。

氧化锆有几种常用等级,最常见的是氧化钇部分稳定的氧化锆(Y-PSZ)和氧化镁部分稳定的氧化锆(Mg-PSZ)。由于其独特的抗裂纹扩展能力和高热膨胀性使其成为将陶瓷与钢之类的金属连接的极佳材料。

氧化锆陶瓷的密度:

纯氧化锆的理论密度是5.89g/cm³,但纯氧化锆陶瓷在1100℃左右时容易开裂。因此氧化锆陶瓷需要添加氧化钇作为稳定剂实现在常温下稳定,所以氧化钇部分稳定氧化锆陶瓷的密度为6.05g/cm³。

氧化锆陶瓷的硬度:

氧化锆陶瓷是一种非常坚固的先进陶瓷,维氏硬度高达1250。并且它的断裂韧性非常好,可以用它来之制作各种刀具和陶瓷零件。

氧化锆结构陶瓷:

氧化锆陶瓷的性能特点

氧化锆陶瓷的优缺点

  • 高弯曲强度和硬度

  • 良好的摩擦性能;

  • 电绝缘体;

  • 耐酸碱腐蚀性能;

  • 弹性模量类似于钢;

  • 热膨胀系数类似于铁.

氧化锆陶瓷的机械性能

项目 单位 氧化锆陶瓷 镁部分稳定氧化锆 ZTA
颜色 —— 白色 黄色 白色
密度 g/cm³ 6.05 5.7 4.1~4.38
硬度 GPa 12.5 11.8 15
抗压强度 MPa 2100 1750 2350
抗弯强度 MPa 850 900 700
断裂韧性 MPa・m1/2 4~5 >7.0 3.5
杨氏模量 GPa 200 200 310
泊松比 —— 0.30 0.30 0.26

氧化锆陶瓷的热学特性

项目 单位 氧化锆陶瓷 镁部分稳定氧化锆 ZTA
最高使用温度 ℃(无机械负载时) 1000 1000 1500
热导率@25℃ W/(m・K) 2 2.2 20
线性热膨胀系数 40 - 400℃,× 10-6/℃ 10  10.2  8
比热 J/(kg・K) 460 400 720
抗热震性 ℃(放入水中) 300 350 300

氧化锆陶瓷的电学特性

项目 单位 氧化锆陶瓷 镁部分稳定氧化锆 ZTA
介电常数 1MHz 30 28 10.2
介电强度(6.35mm) ac-kV/mm 9.0  9.4  9.0
介电损耗 1MHz 16 x 10-4 10 x 10-4 20 x 10-4
体积电阻@25℃ Ω・cm >1013 >1012 >1014
体积电阻@500℃ Ω・cm >103  >103 >104

备注:上述所有表单内参数为氧化锆陶瓷典型的参数值,因批次不同或有差别,敬请知悉。

氧化锆陶瓷的用途有哪些?

  • 线材成型/拉拔模具;
  • 热过程中的绝缘环;
  • 高磨损环境中的精密轴;
  • 炉处理管;
  • 耐磨垫;
  • 热电偶保护管;
  • 喷砂嘴;
  • 耐火材料;
  • 挤出模具;
  • 衬套和盖;
  • 窑具坩埚;
  • 光纤套圈和套管;
  • 刀和刀片;
  • 燃料电池零件;
  • 轴承和滚子;
  • 焊接喷嘴和销;
  • 激光零件;
  • 气体点火器;
  • 电绝缘子;
  • 陶瓷导板;
  • 氧气传感器;
  • 医疗和外科组成部分;
  • 机械密封;
  • 泵,活塞和缸套。

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