La circona es un material inorgánico no metálico con un rendimiento superior y resistencia a ácidos y álcalis. Cuenta con propiedades químicas estables, alto punto de fusión, baja conductividad térmica, dureza, alta resistencia y resistencia al desgaste. Debido a sus notables propiedades, la circona y sus productos se han convertido en una de las principales materias primas para cerámica estructural, cerámica funcional, biocerámica y revestimientos de barrera térmica, y presenta amplias perspectivas de aplicación en campos de alta tecnología como el militar , la energía, la metalurgia y la electrónica. , comunicaciones , automoción y maquinaria.
La aplicación de circonio como aditivo para mejorar el rendimiento de otros materiales cerámicos
I. Impacto en la cerámica de circonio
La nanozirconia ejerce una influencia positiva en el rendimiento de los productos de circonio ordinarios.
Al agregar diferentes contenidos de estabilizador de CaO a la materia prima de circonio monoclínico electrofundido, se determinó la cantidad óptima de estabilizador de CaO mediante el análisis de la composición de la fase mineral, la porosidad aparente y la resistencia a la compresión de las muestras después de la cocción. Sobre la base de la adición óptima de estabilizador de CaO, se incorporó polvo de nanozirconia para investigar su efecto sobre el rendimiento de los productos de circonio. Los resultados mostraron que al aumentar la adición de polvo de nanozirconia a la muestra óptima (3Ca-PSZ), la porosidad aparente disminuyó, la tasa de contracción de sinterización aumentó y la resistencia a la compresión mejoró. Específicamente, cuando la proporción de adición de polvo de nanozirconia alcanzó el 8% en peso, la muestra exhibió una porosidad del 9,4%, una densidad aparente de 5,08 g/cm3 y una resistencia a la compresión de 381 MPa. En comparación con la muestra de 3Ca-PSZ, la porosidad disminuyó en un 40%, la densidad aparente aumentó en un 5% y la resistencia a la compresión mejoró en un 70%.
II. Impacto en la cerámica de alúmina
Las cerámicas Al2O3 se utilizan ampliamente en las industrias mecánica, electrónica y química debido a sus excelentes propiedades como alta resistencia, dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la oxidación y resistencia al choque térmico. Si bien las cerámicas puras de Al2O3 exhiben un buen rendimiento a altas temperaturas, adolecen de una tenacidad insuficiente y una resistencia al impacto deficiente, lo que a menudo resulta en astillas menores durante el corte. Al agregar circonio a la matriz de Al2O3, las cerámicas de alúmina endurecida con circonio (ZTA) pueden mejorar significativamente estos problemas.
En las cerámicas ZTA , las partículas de ZrO2 están uniformemente dispersas en la matriz de Al2O3. A medida que cambia la temperatura, las partículas de ZrO2 experimentan transiciones de fase, pertenecientes a la transición de fase martensítica, lo que resulta en expansión volumétrica y deformación cortante, lo que lleva a la formación de tensiones de tracción y microfisuras. Algunas partículas de ZrO2 de pequeño tamaño generan microfisuras bajo tensión de tracción. Estas grietas están confinadas dentro de granos de tamaño pequeño, y su iniciación y propagación consumen energía del campo de tensión externo, mejorando así la tenacidad y resistencia de las cerámicas de Al2O3. Por tanto, la cerámica ZTA representa un material cerámico prometedor.
III. Impacto en la cerámica de nitruro de silicio
Las cerámicas de nitruro de silicio se consideran el material cerámico estructural más completo debido a sus excelentes propiedades, como alta resistencia, dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y resistencia a la fluencia. Sin embargo, su fragilidad inherente dificulta su aplicación generalizada en el mercado. Numerosos estudiosos han estudiado las cerámicas de Si3N4 endurecidas con ZrO2 y han logrado avances significativos.
Los materiales cerámicos compuestos ZrO2-Si3N4 se prepararon mediante sinterización sin presión y se caracterizaron mediante el método de desplazamiento, SEM y la máquina universal de ensayo de tracción DDL110. Se investigó la influencia del contenido de ZrO2 en la densidad, microestructura y propiedades mecánicas de las cerámicas de Si3N4. Los resultados indicaron que a medida que aumentaba el contenido de ZrO2, aumentaba la densidad de las cerámicas de Si3N4; Tanto la resistencia a la flexión como la tenacidad a la fractura aumentaron inicialmente y luego disminuyeron. Cuando el contenido de ZrO2 alcanzó el 10%, la resistencia a la flexión y la tenacidad a la fractura del Si3N4 alcanzaron sus valores máximos simultáneamente, siendo 362MPa y 7,0MPa·m1/2, respectivamente.
IV. Impacto en las cerámicas de nitruro de aluminio (AlN)
Las cerámicas AlN , reconocidas por su alta conductividad térmica, excelentes propiedades eléctricas y bajo coeficiente de expansión térmica, a menudo se consideran el material ideal para sustratos de empaquetamiento de circuitos. Sin embargo, en comparación con materiales cerámicos como Si3N4 ySiC, las cerámicas de AlN exhiben una menor tenacidad a la fractura, lo que compromete su resistencia al choque térmico y aumenta la dificultad de mecanizado.
Al incorporar polvo de nano-ZrO2 y utilizar Y2O3 como ayuda para la sinterización, se fabricaron cerámicas de AlN mediante sinterización por prensado en caliente. Los resultados revelaron que la composición de fases de las cerámicas de AlN prensadas en caliente después de agregar ZrO2 comprende la fase primaria de AlN, la fase límite de grano de Al5Y3O12 y una nueva fase de ZrN. Con la adición de ZrO2, la dureza Vickers de las cerámicas de AlN prensadas en caliente se mantuvo prácticamente sin cambios, mientras que su tenacidad a la fractura mejoró gradualmente. Esta mejora se atribuye principalmente a la reacción a alta temperatura entre el ZrO2 y el AlN añadidos, lo que da como resultado la formación de ZrN. Esta transformación conduce a un cambio de un modo de fractura intergranular único en cerámicas de AlN a un modo de fractura mixta que abarca tanto fracturas intergranulares como transgranulares, fortaleciendo los límites de los granos y posteriormente mejorando la tenacidad a la fractura.
Conclusión
En conclusión, la adición de circonio mejora significativamente el rendimiento de varios tipos de cerámicas. Ya sean cerámicas de circonio, cerámicas de alúmina, cerámicas de nitruro de silicio o cerámicas de nitruro de aluminio, la incorporación de una cantidad adecuada de circonio mejora eficazmente propiedades clave como tenacidad, resistencia, resistencia al impacto, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión. Esta transformación no sólo mejora la practicidad de los materiales cerámicos sino que también amplía su ámbito de aplicación en campos de alta tecnología como el militar, la energía, la metalurgia, la electrónica, las telecomunicaciones, la automoción y la maquinaria. Por lo tanto, el circonio, como aditivo cerámico esencial, desempeña un papel importante en la mejora del rendimiento integral de los materiales cerámicos.
