Trong hệ thống vật liệu gốm sứ tiên tiến hiện đại, oxit zirconium (công thức hóa học ZrO₂) được mệnh danh là “thép của ngành gốm sứ” nhờ vào độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn xuất sắc. Vậy, oxit zirconium là vật liệu gì? Oxit zirconium là vật liệu gì? Oxit zirconium có phải là gốm sứ không?
Câu trả lời là: Zirconia là một loại vật liệu gốm vô cơ hiệu suất cao, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, bảng mạch điện tử, thiết bị y tế và các bộ phận kết cấu. Là nhà sản xuất gốm tiên tiến hàng đầu trong ngành, Zhihao Ceramics đã có nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực gốm zirconia, tích lũy được năng lực kỹ thuật sâu rộng trong việc kiểm soát độ tinh khiết của vật liệu, gia công chính xác và công nghệ nung ở nhiệt độ cao.

Zirconium oxide (ZrO₂), còn được gọi là zirconium dioxide, là một oxit tinh thể màu trắng có điểm nóng chảy cao (khoảng 2700°C), độ cứng cao và tính ổn định hóa học tuyệt vời. Nó có thể tồn tại dưới ba cấu trúc tinh thể khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau:

• Monoclinic (Monoclinic): Ổn định ở nhiệt độ phòng, nhưng độ bền kém;

• Tetragonal (Tứ giác): Sau khi được pha trộn với chất ổn định (như oxit yttrium Y₂O₃), nó có thể tồn tại ở nhiệt độ thường và có độ bền và khả năng chống nứt tuyệt vời.

• Cấu trúc lập phương (Cubic): Ổn định ở nhiệt độ cao, có độ dẫn điện cao, thường được sử dụng trong cảm biến oxy và pin nhiên liệu.

Để duy trì sự ổn định cấu trúc, trong sản xuất công nghiệp thường sử dụng oxit zirconium ổn định bằng yttrium (Y-TZP), oxit zirconium ổn định bằng magiê (Mg-PSZ) v.v.
Do đó, oxit zirconium không chỉ là gốm sứ mà còn là vật liệu kết hợp giữa gốm sứ kết cấu và gốm sứ chức năng, có thể sử dụng lâu dài trong môi trường khắc nghiệt.

Gốm zirconia có tính chất khác nhau do sự ổn định pha tinh thể khác nhau. Các loại chính bao gồm:

Ngoài ra, gốm composite oxit nhôm oxit zirconium (ZTA) kết hợp độ cứng cao của oxit nhôm với độ bền cao của oxit zirconium, là một trong những hệ thống vật liệu có hiệu suất cao được Zhihao Ceramics tập trung phát triển.

Độ cứng của gốm zirconia thường nằm trong khoảng 1200–1400 HV, cao hơn đáng kể so với thép không gỉ.
Điều quan trọng hơn là độ bền gãy (KIC) của nó có thể đạt 8–10 MPa·m½, điều này khiến nó trở thành một trong số ít các loại gốm sứ có cả “độ cứng cao và khả năng chống nứt cao”.
Điều này cũng giải thích tại sao gốm zirconia có thể thay thế các bộ phận kim loại trong các môi trường có ứng suất cao như ổ trục, van, dụng cụ cắt, v.v.

Gốm zirconia có điểm nóng chảy cao tới 2700℃, hệ số dẫn nhiệt thấp, chỉ bằng 1/10 so với kim loại, có đặc tính rào cản nhiệt cực kỳ tốt.
Nhiệt độ nung kết của nó thường nằm trong khoảng 1350–1550℃. Gốm sứ chất lượng cao đạt được cấu trúc vi mô dày đặc hơn thông qua quá trình xử lý nhiệt chính xác và kiểm soát môi trường, từ đó nâng cao khả năng chống sốc nhiệt và tuổi thọ sử dụng.

Ở nhiệt độ thường, oxit zirconium là một chất cách điện tuyệt vời. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao, oxit zirconium pha tạp yttrium thể hiện tính dẫn điện của ion oxy, được sử dụng rộng rãi trong pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) và cảm biến oxy.

Zirconia có khả năng chịu đựng xuất sắc đối với cả môi trường axit và kiềm, vẫn ổn định trong môi trường ăn mòn, là vật liệu gốm cấu trúc lý tưởng cho thiết bị hóa chất và năng lượng.

Từ đó có thể thấy, gốm nhôm oxit phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu độ cứng cao, trong khi gốm zirconium oxit phù hợp hơn cho các bộ phận kết cấu yêu cầu độ bền cao và khả năng chống va đập.
Trong khi đó, gốm composite oxit nhôm oxit zirconium (ZTA) kết hợp ưu điểm của cả hai, trở thành giải pháp lý tưởng cho sản xuất công nghiệp.

Gốm sứ zirconia có độ cứng cao và độ giòn lớn, khiến việc gia công trở nên vô cùng khó khăn. Nhờ công nghệ mài chính xác, định hình CNC và nung ở nhiệt độ cao, Zhihao Ceramics đã đạt được khả năng sản xuất các bộ phận cấu trúc phức tạp với độ chính xác cao.

Năng lực gia công cốt lõi bao gồm:

• Mài và đánh bóng chính xác: Độ nhám bề mặt Ra có thể đạt tới 0,02μm;

• CNC vi gia công: Có thể thực hiện cấu trúc lỗ nhỏ, mỏng và các bộ phận có hình dạng khác thường;

• Công nghệ nung ở nhiệt độ cao và ép đẳng nhiệt (HIP): Đảm bảo mật độ gốm ≥99,91 TP3T, nâng cao đáng kể tính chất cơ học.

Zhi Hao Ceramics đã thực hiện kiểm soát chất lượng toàn bộ quy trình “từ bột đến linh kiện” trong quá trình gia công gốm zirconia, là thương hiệu đại diện trong số các nhà sản xuất gốm zirconia chuyên nghiệp.

Độ đặc của gốm zirconia là một chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu suất của nó. Thông thường, độ đặc lý thuyết của zirconia ổn định bằng yttrium (Y-TZP) là 6,05 g/cm³. Tuy nhiên, thông qua việc tối ưu hóa kích thước hạt bột và kiểm soát môi trường nung, gốm chất lượng cao có thể đạt được độ đặc nung ≥6,0 g/cm³ (độ đặc tương đối trên 99,91 TP3T).
Cấu trúc mật độ cao có nghĩa là độ xốp thấp hơn và tính năng cơ học tốt hơn, đặc biệt là về khả năng chống mài mòn, độ bền uốn và độ ổn định tuổi thọ.

Về tiêu chuẩn kiểm tra quốc tế, Zhihao Ceramics thực hiện nghiêm ngặt:

• GB/T 6569-2006: Phương pháp thử nghiệm mật độ và độ xốp của vật liệu gốm sứ

• ASTM C1327: Tiêu chuẩn đo độ cứng vi mô

• ISO 14704: Tiêu chuẩn xác định độ bền gãy của gốm sứ

Ngoài ra, công ty có khả năng phân tích vi cấu trúc, kiểm tra pha tinh thể XRD và kiểm tra độ nhám bề mặt, có thể cung cấp cho khách hàng báo cáo kiểm tra tính năng vật liệu đầy đủ.
Điều này không chỉ đảm bảo tính nhất quán cao của gốm zirconia mà còn giúp bên mua hàng yên tâm hơn trong việc truy xuất nguồn gốc chất lượng và xác minh ứng dụng.

Với sự gia tăng nhu cầu toàn cầu về vật liệu hiệu suất cao và thân thiện với môi trường, gốm sứ zirconia đang bước vào một bước ngoặt công nghệ mới. Hướng phát triển trong tương lai chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:

1. Xu hướng giảm trọng lượng và kết hợp

   • Kết hợp oxit zirconium với các vật liệu như cacbua silic, oxit nhôm, nitrit nhôm, v.v., để tăng độ bền và giảm chi phí;

   • Thúc đẩy ứng dụng gốm composite oxit nhôm oxit zirconium (ZTA) trong thiết bị bán dẫn và đóng gói điện tử nhiệt độ cao.

2. Sản xuất xanh và ít carbon

   • Chuẩn bị gốm sứ tích cực thúc đẩy công nghệ nung kết tiết kiệm năng lượng (như nung kết bằng vi sóng và công nghệ ép nhiệt nhanh), giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải carbon;

   • Sử dụng bột gốm có thể tái chế và dung dịch gia công thân thiện với môi trường, thực hiện quy trình sản xuất xanh toàn diện.

3. Kiểm tra thông minh và sản xuất số hóa

   • Theo dõi đường cong nung kết và sự thay đổi mật độ bằng thuật toán AI để nâng cao tính nhất quán và tỷ lệ đạt tiêu chuẩn của lô sản phẩm;

   • Xây dựng hệ thống sản xuất gốm sứ kỹ thuật số, thực hiện kiểm soát toàn bộ quy trình từ nghiên cứu phát triển vật liệu đến kiểm tra trước khi xuất xưởng.

Zhi Hao Ceramics đang lấy “sáng tạo + bảo vệ môi trường” làm hai động lực chính, tiếp tục dẫn dắt ngành công nghiệp gốm sứ zirconia phát triển theo hướng cao cấp, thông minh và bền vững.

Với nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp sản xuất cao cấp đối với các vật liệu có độ bền cao, độ chính xác cao và khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt, gốm zirconia được đánh giá rất cao trên thị trường toàn cầu. Ngành công nghiệp này phổ biến cho rằng, đây là loại gốm cấu trúc thế hệ mới có tiềm năng nhất sau gốm nhôm oxit.

1. Đánh giá ứng dụng kỹ thuật

• Trong lĩnh vực chế tạo máy móc, gốm sứ zirconia được đánh giá là “vật liệu gốm sứ có thể thay thế kim loại”.

• Trong ngành công nghiệp điện tử, do có tổn thất điện môi thấp và tính cách điện tốt, nó được sử dụng rộng rãi trong các tấm nền gốm zirconia và tấm cách điện.

2. Phản hồi từ bên mua và khách hàng
Phản hồi từ khách hàng ở châu Âu, Mỹ và châu Á cho thấy, sau khi sử dụng vật liệu gốm zirconia của Zhihao, tuổi thọ của các bộ phận được kéo dài thêm 30%–50%, chi phí bảo trì giảm đáng kể.
Đặc biệt trong lĩnh vực van nhiệt độ cao, bi bạc và vòi phun, các sản phẩm gốm sứ Zhihao đã giành được sự tin tưởng của các khách hàng hợp tác lâu dài nhờ mật độ ổn định, độ nhẵn và tính nhất quán cao.

3. Triển vọng ngành
Gốm zirconia không chỉ được đánh giá cao trong lĩnh vực công nghiệp, mà còn được coi là vật liệu hỗ trợ quan trọng cho các thiết bị năng lượng mới, đóng gói bán dẫn và cảm biến chính xác trong tương lai.
Zhi Hao Ceramics đang thúc đẩy sự chuyển đổi của gốm zirconia từ “ứng dụng vật liệu” sang “giải pháp hệ thống” nhờ vào sự đổi mới công nghệ và khả năng sản xuất đạt tiêu chuẩn quốc tế.

Gốm zirconia, với tư cách là vật liệu kỹ thuật hiệu suất cao thế hệ mới, đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất cao cấp, y tế, kỹ thuật sinh học, năng lượng điện tử, v.v.
Với sự tiến bộ của công nghệ gia công và công nghệ vật liệu composite, gốm zirconia sẽ thể hiện những ưu điểm không thể thay thế trong những môi trường khắc nghiệt hơn.
Zhi Hao Ceramics sẽ tiếp tục tập trung vào việc đổi mới và công nghiệp hóa vật liệu zirconia, cung cấp các giải pháp gốm sứ tiên tiến đáng tin cậy và chính xác hơn cho khách hàng trên toàn thế giới.