Zirkoniumoxide is een anorganisch niet-metaalachtig materiaal met superieure prestaties en zuur-base-bestendigheid. Het beschikt over stabiele chemische eigenschappen, een hoog smeltpunt, lage thermische geleidbaarheid, hardheid, hoge sterkte en slijtvastheid. Vanwege zijn opmerkelijke eigenschappen zijn zirkoniumoxide en zijn producten een van de belangrijkste grondstoffen geworden voor structurele keramiek, functionele keramiek, biokeramiek en thermische barrièrecoatings, met brede toepassingsmogelijkheden op hightechgebieden zoals militair , energie, metallurgie en elektronica . , communicatie , automobiel en machines.
De toepassing van zirkoniumoxide als additief bij het verbeteren van de prestaties van andere keramische materialen
I. Impact op zirkonia-keramiek
Nanozirkoniumoxide oefent een positieve invloed uit op de prestaties van gewone zirkoniumoxideproducten.
Door verschillende hoeveelheden CaO-stabilisator toe te voegen aan het elektrogefuseerde monokliene zirkoniumoxide-grondstof, werd de optimale hoeveelheid CaO-stabilisator bepaald door analyse van de samenstelling van de minerale fase, de schijnbare porositeit en de druksterkte van de monsters na het bakken. Op basis van de optimale toevoeging van CaO-stabilisator werd nano-zirkoniumoxidepoeder toegevoegd om het effect ervan op de prestaties van zirkoniumoxideproducten te onderzoeken. De resultaten toonden aan dat met toenemende toevoeging van nano-zirkoniumoxidepoeder aan het optimale monster (3Ca-PSZ) de schijnbare porositeit afnam, de sinterkrimp toenam en de druksterkte verbeterde. In het bijzonder vertoonde het monster, toen de toevoegingsverhouding van nano-zirkoniumoxidepoeder 8 gew.% bereikte, een porositeit van 9,4%, een stortdichtheid van 5,08 g/cm3 en een druksterkte van 381 MPa. Vergeleken met het 3Ca-PSZ-monster nam de porositeit met 40% af, nam de bulkdichtheid met 5% toe en verbeterde de druksterkte met 70%.
II. Impact op aluminiumoxide-keramiek
Al2O3-keramiek wordt veel gebruikt in de mechanische, elektronische en chemische industrie vanwege hun uitstekende eigenschappen zoals hoge sterkte, hardheid, slijtvastheid, oxidatieweerstand en thermische schokbestendigheid. Hoewel zuiver Al2O3-keramiek goede prestaties bij hoge temperaturen vertoont, heeft het te kampen met onvoldoende taaiheid en een slechte slagvastheid, wat vaak resulteert in kleine afbrokkelingen tijdens het snijden. Door zirkoniumoxide aan de Al2O3-matrix toe te voegen, kan met zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide (ZTA) keramiek deze problemen aanzienlijk verbeteren.
In ZTA-keramiek zijn de ZrO2-deeltjes gelijkmatig verspreid in de Al2O3-matrix. Naarmate de temperatuur verandert, ondergaan ZrO2-deeltjes faseovergangen, behorend tot de martensitische faseovergang, resulterend in volumetrische uitzetting en schuifspanning, wat leidt tot de vorming van trekspanning en microscheuren. Sommige kleine ZrO2-deeltjes veroorzaken microscheurtjes onder trekspanning. Deze scheuren zijn opgesloten in kleine korrels en het ontstaan en de voortplanting ervan verbruiken energie van het externe spanningsveld, waardoor de taaiheid en sterkte van Al2O3-keramiek wordt vergroot. Daarom vertegenwoordigt ZTA-keramiek een veelbelovend keramisch materiaal.
III. Impact op siliciumnitride-keramiek
Siliciumnitride-keramiek wordt beschouwd als het meest uitgebreide structurele keramische materiaal vanwege hun uitstekende eigenschappen zoals hoge sterkte, hardheid, slijtvastheid, corrosieweerstand en kruipweerstand. Hun inherente broosheid belemmert echter hun wijdverbreide markttoepassing. Talrijke wetenschappers hebben ZrO2-geharde Si3N4-keramiek bestudeerd en aanzienlijke vooruitgang geboekt.
ZrO2-Si3N4 composiet keramische materialen werden vervaardigd door drukloos sinteren en gekarakteriseerd met behulp van de verplaatsingsmethode, SEM en DDL110 universele trekproefmachine. De invloed van het ZrO2-gehalte op de dichtheid, microstructuur en mechanische eigenschappen van Si3N4-keramiek werd onderzocht. De resultaten gaven aan dat naarmate het ZrO2-gehalte toenam, de dichtheid van Si3N4-keramiek toenam; zowel de buigsterkte als de breuktaaiheid namen aanvankelijk toe en namen vervolgens af. Toen het ZrO2-gehalte 10% bereikte, bereikten de buigsterkte en breuktaaiheid van Si3N4 tegelijkertijd hun maximale waarden, namelijk respectievelijk 362 MPa en 7,0 MPa·m1/2.
IV. Impact op aluminiumnitride (AlN) keramiek
AlN-keramiek , bekend om hun hoge thermische geleidbaarheid, uitstekende elektrische eigenschappen en lage thermische uitzettingscoëfficiënt, wordt vaak beschouwd als het ideale materiaal voor substraten voor circuitverpakkingen. In vergelijking met keramische materialen zoals Si3N4 enSiCvertonen AlN-keramiek echter een lagere breuktaaiheid, wat hun thermische schokbestendigheid in gevaar brengt en de moeilijkheidsgraad van de bewerking vergroot.
Door nano-ZrO2-poeder op te nemen en Y2O3 als sinterhulpmiddel te gebruiken, werd AlN-keramiek vervaardigd door sinteren onder hoge druk. Uit de resultaten bleek dat de fasesamenstelling van het heetgeperste AlN-keramiek na toevoeging van ZrO2 de primaire AlN-fase, de Al5Y3O12-korrelgrensfase en een nieuwe ZrN-fase omvat. Met de toevoeging van ZrO2 bleef de Vickers-hardheid van het heetgeperste AlN-keramiek grotendeels onveranderd, terwijl de breuktaaiheid geleidelijk verbeterde. Deze verbetering wordt voornamelijk toegeschreven aan de hoge temperatuurreactie tussen het toegevoegde ZrO2 en AlN, resulterend in de vorming van ZrN. Deze transformatie leidt tot een verschuiving van een enkele intergranulaire breukmodus in AlN-keramiek naar een gemengde breukmodus die zowel intergranulaire als transgranulaire breuken omvat, waardoor de korrelgrenzen worden versterkt en vervolgens de breuktaaiheid wordt verbeterd.
Conclusie
Concluderend verbetert de toevoeging van zirkonia de prestaties van verschillende soorten keramiek aanzienlijk. Of het nu gaat om zirkoniumoxide-keramiek zelf, aluminiumoxide-keramiek, siliciumnitride-keramiek of aluminiumnitride-keramiek, de opname van een geschikte hoeveelheid zirkoniumoxide verbetert effectief belangrijke eigenschappen zoals taaiheid, sterkte, slagvastheid, slijtvastheid en corrosieweerstand. Deze transformatie vergroot niet alleen de bruikbaarheid van keramische materialen, maar verbreedt ook hun toepassingsbereik op hightechgebieden zoals het leger, de energie, de metallurgie, de elektronica, de telecommunicatie, de automobielsector en de machinebouw. Daarom speelt zirkoniumoxide, als essentieel keramisch additief, een belangrijke rol bij het verbeteren van de uitgebreide prestaties van keramische materialen.
