A zircônia é um material inorgânico não metálico com desempenho superior e resistência ácido-álcali. Possui propriedades químicas estáveis, alto ponto de fusão, baixa condutividade térmica, dureza, alta resistência e resistência ao desgaste. Devido às suas propriedades notáveis, a zircônia e seus produtos tornaram-se uma das principais matérias-primas para cerâmica estrutural, cerâmica funcional, biocerâmica e revestimentos de barreira térmica, exibindo amplas perspectivas de aplicação em campos de alta tecnologia, como militar , energia, metalurgia , eletrônica. , comunicações , automotivo e máquinas.
A aplicação da zircônia como aditivo para melhorar o desempenho de outros materiais cerâmicos
I. Impacto na Cerâmica de Zircônia
A nanozircônia exerce uma influência positiva no desempenho dos produtos comuns de zircônia.
Ao adicionar diferentes conteúdos de estabilizador de CaO à matéria-prima de zircônia monoclínica eletrofundida, a quantidade ideal de estabilizador de CaO foi determinada através da análise da composição da fase mineral, da porosidade aparente e da resistência à compressão das amostras após a queima. Com base na adição ideal de estabilizador de CaO, o pó de nano-zircônia foi incorporado para investigar seu efeito no desempenho dos produtos de zircônia. Os resultados mostraram que com o aumento da adição de pó de nano-zircônia à amostra ideal (3Ca-PSZ), a porosidade aparente diminuiu, a taxa de contração de sinterização aumentou e a resistência à compressão melhorou. Especificamente, quando a proporção de adição de pó de nanozircônia atingiu 8% em peso, a amostra exibiu uma porosidade de 9,4%, uma densidade aparente de 5,08g/cm3 e uma resistência à compressão de 381MPa. Em comparação com a amostra 3Ca-PSZ, a porosidade diminuiu 40%, a densidade aparente aumentou 5% e a resistência à compressão melhorou 70%.
II. Impacto na cerâmica de alumina
As cerâmicas Al2O3 são amplamente utilizadas nas indústrias mecânica, eletrônica e química devido às suas excelentes propriedades, como alta resistência, dureza, resistência ao desgaste, resistência à oxidação e resistência ao choque térmico. Embora a cerâmica Al2O3 pura apresente bom desempenho em altas temperaturas, ela sofre de tenacidade insuficiente e baixa resistência ao impacto, muitas vezes resultando em pequenos lascas durante o corte. Ao adicionar zircônia à matriz de Al2O3, a cerâmica de alumina temperada com zircônia (ZTA) pode melhorar significativamente esses problemas.
Na cerâmica ZTA , as partículas de ZrO2 são uniformemente dispersas na matriz de Al2O3. À medida que a temperatura muda, as partículas de ZrO2 passam por transições de fase, pertencentes à transição de fase martensítica, resultando em expansão volumétrica e deformação de cisalhamento, levando à formação de tensões de tração e microfissuras. Algumas partículas de ZrO2 de tamanho pequeno geram microfissuras sob tensão de tração. Essas trincas estão confinadas em grãos de pequeno porte e sua iniciação e propagação consomem energia do campo de tensões externas, aumentando assim a tenacidade e a resistência da cerâmica Al2O3. Portanto, a cerâmica ZTA representa um material cerâmico promissor.
III. Impacto na cerâmica de nitreto de silício
A cerâmica de nitreto de silício é considerada o material cerâmico estrutural mais abrangente devido às suas excelentes propriedades, como alta resistência, dureza, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e resistência à fluência. No entanto, a sua fragilidade inerente dificulta a sua ampla aplicação no mercado. Numerosos estudiosos estudaram cerâmicas Si3N4 temperadas com ZrO2 e fizeram progressos significativos.
Materiais cerâmicos compósitos ZrO2-Si3N4 foram preparados através de sinterização sem pressão e caracterizados usando o método de deslocamento, MEV e máquina de ensaio de tração universal DDL110. A influência do teor de ZrO2 na densidade, microestrutura e propriedades mecânicas da cerâmica Si3N4 foi investigada. Os resultados indicaram que à medida que o teor de ZrO2 aumentava, a densidade da cerâmica Si3N4 aumentava; tanto a resistência à flexão quanto a tenacidade à fratura inicialmente aumentaram e depois diminuíram. Quando o teor de ZrO2 atingiu 10%, a resistência à flexão e a tenacidade à fratura do Si3N4 atingiram seus valores máximos simultaneamente, sendo 362MPa e 7,0MPa·m1/2, respectivamente.
4. Impacto na cerâmica de nitreto de alumínio (AlN)
A cerâmica AlN , conhecida por sua alta condutividade térmica, excelentes propriedades elétricas e baixo coeficiente de expansão térmica, é frequentemente considerada o material ideal para substratos de empacotamento de circuitos. Porém, em comparação com materiais cerâmicos como Si3N4 eSiC, as cerâmicas de AlN apresentam menor tenacidade à fratura, o que compromete sua resistência ao choque térmico e aumenta a dificuldade de usinagem.
Ao incorporar pó de nano-ZrO2 e utilizar Y2O3 como auxiliar de sinterização, as cerâmicas de AlN foram fabricadas através de sinterização por prensagem a quente. Os resultados revelaram que a composição de fases da cerâmica de AlN prensada a quente após a adição de ZrO2 compreende a fase primária de AlN, a fase de contorno de grão Al5Y3O12 e uma nova fase de ZrN. Com a adição de ZrO2, a dureza Vickers da cerâmica de AlN prensada a quente permaneceu praticamente inalterada, enquanto sua tenacidade à fratura melhorou gradualmente. Este aumento é atribuído principalmente à reação de alta temperatura entre o ZrO2 e o AlN adicionados, resultando na formação de ZrN. Esta transformação leva a uma mudança de um modo de fratura intergranular único na cerâmica AlN para um modo de fratura misto abrangendo fraturas intergranulares e transgranulares, fortalecendo os limites dos grãos e subsequentemente melhorando a tenacidade à fratura.
Conclusão
Concluindo, a adição de zircônia melhora significativamente o desempenho de diversos tipos de cerâmica. Sejam as próprias cerâmicas de zircônia, cerâmicas de alumina, cerâmicas de nitreto de silício ou cerâmicas de nitreto de alumínio, a incorporação de uma quantidade apropriada de zircônia melhora efetivamente propriedades importantes como tenacidade, resistência, resistência ao impacto, resistência ao desgaste e resistência à corrosão. Esta transformação não só aumenta a praticidade dos materiais cerâmicos, mas também amplia o seu escopo de aplicação em campos de alta tecnologia como militar, energia, metalurgia, eletrônica, telecomunicações, automotiva e máquinas. Portanto, a zircônia, como aditivo cerâmico essencial, desempenha um papel significativo na melhoria do desempenho abrangente dos materiais cerâmicos.
