氧化锆陶瓷

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。

 

氧化锆有几种等级,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)。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。由于氧化锆的独特性能,它有时被称为“陶瓷钢”。 

氧化锆化学式:

 

纯氧化锆的分子量为123.22,化学式为ZrO2,熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪,但对氧化锆的性能没有明显影响。

氧化锆硬度:

 

氧化锆是一种非常坚固的工业陶瓷,硬度高达HV 1250以上。而且它的断裂韧性非常好,可以用它来之制作各种刀具。

氧化锆密度:

 

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,而在添加氧化钇稳定剂后可以在常温下稳定。所以,氧化钇稳定氧化锆的密度为6.05g/cm³。

氧化锆的性能:

 

  • 高密度–最高6.05g / cm³
  • 高弯曲强度和硬度
  • 优异的断裂韧性–耐冲击
  • 最高使用温度高
  • 良好的摩擦性能
  • 电绝缘体
  • 导热系数低–接近:氧化铝的10%
  • 耐酸碱腐蚀
  • 弹性模量类似于钢
  • 热膨胀系数类似于铁
  • 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;

氧化锆的用途:

 

  • 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。

氧化锆结构陶瓷:

 

国内氧化锆生产厂家

 

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氧化锆陶瓷的机械性能:

 

氧化锆陶瓷的热学特性:

 

氧化锆陶瓷的电气特性:

 

  • *数据来自网络,仅供参考。

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项目 单位 氧化锆陶瓷 镁部分稳定氧化锆 ZTA/增韧氧化锆
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・m^1/2 4~5 >7.0 3.5
杨氏模量 GPa 200 200 310
泊松比 —— 0.30 0.30 0.26

 

项目 单位 氧化锆陶瓷 镁部分稳定氧化锆 ZTA/增韧氧化锆
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

 

项目 单位 氧化锆陶瓷 镁部分稳定氧化锆 ZTA/增韧氧化锆
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 >10^13 >10^12 >10^14
体积电阻@500℃ Ω・cm >10^3 >10^3 >10^4

 

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。如有问题,敬请联系我们

了解更多:

氧化锆陶瓷参数.pdf

氧化钇部分稳定氧化锆 (Y-PSZ)


       氧化钇部分稳定氧化锆 (Y-PSZ) 掺杂氧化钇 (Y2O3) 作为稳定剂,它加强稳定内部晶粒结构,并将材料从单斜相变为四方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,同时提供低热导率,通常使其成为替代金属的合适材料。氧化钇 (Yttria) 的添加使材料能够进行相变韧化,从而实现高韧性。随着材料受到压力,晶体结构在能量上变得更有利于从四方相到单斜相的转变,导致高度局部化的体积增加 3% – 5%。这种体积的增加使裂纹处于压缩状态,从而降低了其生长和扩展成更多裂纹的能力。这一特性解释了该材料对应力疲劳的低敏感性和高弯曲强度。

       虽然 Y-PSZ 非常适合要求苛刻的机械应用,但它可能不适合非常高温的应用,因为它会发生晶相变化:当长时间在高温环境中将导致致材料从强四方相转变为较弱的单斜相时。同样,它可能不适合温暖和潮湿的条件,因为当它暴露在水蒸气中时,它的性能会下降。因此,YSZ 最适合在干燥和中等温度条件下运行。

氧化镁部分稳定氧化锆(镁锆)


       氧化镁部分稳定氧化锆用氧化镁 (MgO)作为氧化锆的稳定剂,成型后晶体结构为立方体,更具有稳定性。镁锆具有更好的耐高温和耐湿性能,因为它不受相迁移的影响。即使在氧化钇部分稳定氧化锆机械性能开始恶化的潮湿高温环境中,镁锆也能保持其强度。

增韧氧化锆陶瓷(ZTA)


       增韧氧化锆陶瓷(ZTA)是一种具有氧化铝基体的共稳定氧化锆基陶瓷,该基体由自生长的氧化铝基片晶增强。ZTA具有比氧化锆更好的断裂韧性和抗热震性,同时仍具有出色的机械强度和硬度特性。