Přizpůsobená nepravidelná deska z oxidu zirkoničitého, bílý izolátor, keramická deska ZrO2 s otvorem

Tvarovaný zirkoniový keramický list označuje přesné keramické součásti s nepravidelnými tvary (nesměrné kulaté nebo čtvercové kusy), vyrobené lisováním a žíháním prášku zirkonia (ZrO2). Hraje klíčovou roli v moderním průmyslu a je základní stavební složkou mnoha vysokotechnologických výrobků.

Výkon

• Mechanické vlastnosti

Vysoká pevnost a houževnatost: Zirkonium oxid (ZrO2) má ohybovou pevnost (800–1200 MPa) a houževnatost vůči lomu (5–10 MPa·m¹⁄²), která výrazně převyšuje běžnou keramiku, a je proto vhodný pro složité konstrukce namáhané mechanickým napětím.

Odolnost proti opotřebení: Jeho vysoká tvrdost (tvrdost podle Mohsovy stupnice 8,5–9) jej činí vhodným pro prostředí s vysokým třením, jako jsou ložiska, těsnění apod.

Odolnost vůči nárazu: Oproti tradičním keramickým materiálům může fázový přeměnový mechanismus ztužování oxidu zirkoničitého pohltit energii nárazu a snížit křehkost.

• Teplotní vlastnosti

Odolnost vůči vysokým teplotám: S teplotou tání až 2700 °C je vhodný pro prostředí s vysokou teplotou, např. pro součásti letadlových motorů.

Nízká tepelná vodivost (2–3 W/m·K), vhodné pro izolační nebo tepelně řídicí aplikace.

Odolnost vůči tepelným šokům: Nízký koeficient tepelné roztažnosti (~10×10⁻⁶/℃) umožňuje odolávat rychlým změnám teploty.

• Elektrické vlastnosti

Částečně dopovaný oxid zirkoničitý (např. Y₂O₃–ZrO₂) může vykazovat iontovou vodivost a používat se v pevných bateriích nebo senzorech. Při pokojové teplotě je vynikajícím elektrickým izolantem s vysokou rezistivitou a vysokou permitivitou. Při vysokých teplotách však vykazuje iontovou vodivost a je klíčovým materiálem pro výrobu kyslíkových senzorů.

• Chemické a biologické vlastnosti

Chemické vlastnosti jsou extrémně stabilní, odolné vůči silným kyselinám a alkalii a mají fyziologickou neaktivitu. Je neškodný a netoxický, dlouhodobé implantace do těla nezpůsobují imunitní odpověď.

Hlavní síly

• Mimořádně vysoká odolnost proti opotřebení: Díky vysoké tvrdosti a nízkému koeficientu tření je jako mechanická pohyblivá součástka opotřebení extrémně nízké, což výrazně prodlužuje životnost.
• Nenamagnetizovatelný a izolovaný: lze použít v prostředích s precizní elektronikou i silnými magnetickými poli; na rozdíl od kovových součástek nezpůsobuje rušení a snáší vysoké napětí.
• Dobrá biokompatibilita: Jedná se o jediný keramický materiál, jehož barva se blíží přirozeným zubům a který nezpůsobuje podráždění lidského těla, čímž je velmi vhodný pro ústní obnovu.
• Vysoký stupeň volnosti návrhu: Nepravidelné díly lze formovat do složitých zakřivených povrchů, otvorů nebo tenkostěnných struktur pomocí vstřikování nebo suchého lisování, čímž se splní potřeby personalizace nebo přesného přizpůsobení.

Oblast použití

Použití tvarovaných desek z oxidu zirkoničitého se rozprostírá na mnoho vysoce specializovaných oborů:

• Elektronika a komunikace: Keramické pouzdra pro výrobu konektorů optických vláken, zadních panelů chytrých telefonů, krytů modulů pro rozpoznávání otisků prstů a přesných izolačních komponent používaných v zařízeních pro výrobu čipů.
• Biomedicína: Především se používá pro ústní rekonstrukci, např. pro zubní celokeramické korunky a abutmenty pro zubní implantáty. Jeho estetické vlastnosti a biokompatibilita jej činí ideální alternativou k kovově-porcelánovým zubním korunkám.
• Textilní a strojírenský průmysl: Používá se pro výrobu drátových kol, řezných nožů, jáder ventilů kohoutků apod. Využitím svých odolných proti opotřebení a hladkých vlastností lze vyřešit problém opotřebení drátu nebo korozí kovových součástí.
• Automobilový a chemický průmysl: Využití jeho vysokoteplotní vodivosti jako podložky kyslíkového senzoru pro detekci výfukových plynů v automobilovém průmyslu; využití jeho odolnosti vůči korozi pro těsnicí kroužky a pouzdra hřídelí v chemických čerpadlech.
• Optika a luxusní zboží: použití pro výrobu zástrček optických vláken, přesných zařízení pro broušení, stejně jako pouzder a náramků hodinek díky jejich lesklému a teplému vzhledu, který se nikdy neopotřebuje.

Celkově jsou tvarované desky z oxidu zirkoničitého stále více nahrazovány tradičními materiály v oblasti vysoce přesných komponent díky své kombinaci „houbatosti kovů, tvrdosti keramiky a odolnosti vůči korozi plastů“.

Použití

• Výroba přesných strojů (např. drátová kola, řezačky)

U textilních nebo drátových řezacích strojů jsou vysokorychlostně se pohybující kovové dráty náchylné k opotřebení kovových komponent. Použitím zirkoniových drátových kol, jejichž extrémně vysoká tvrdost (druhá jen po diamantu) účinně odolává opotřebení drátu, a jejich hladký povrch také zabrání poškrábání drátů. Jejich elektrická izolace řeší problém elektrolytické koroze u drátových řezacích strojů a tím dosahuje několika výhod najednou.

• Extrémní chemická prostředí (např. těsnění čerpadel)

U chemických čerpadel, která dopravují silné kyseliny, slouží jako těsnicí prvek mezi rotujícím a stacionárním kroužkem. Kov zde bude rychle korodovat, zatímco téměř úplná chemická neaktivita zirkonie tvoří nejsilnější obrannou linii pro izolaci korozivních médií od motorů. Díky svým samomazným vlastnostem může krátkodobě pracovat i suchým způsobem, dokonce i za absence kapalného maziva, čímž brání přehřátí zařízení.

Prostředí s vysokou teplotou pro snímání (např. automobilové kyslíkové senzory)

V výfukové trubici automobilového motoru je základní součástí senzoru. Odolává vysokoteplotnímu namáhání od pokojové teploty až téměř do tisíce stupňů Celsia a zároveň odolává chemické korozi způsobené výfukovými plyny.

Technické specifikace