Piastra isolante in ceramica ZrO2 in zirconia personalizzata, irregolare e bianca, con foro

Il foglio sagomato in ceramica di zirconia indica componenti ceramici di precisione con forma irregolare (pezzi non standard, né rotondi né quadrati), realizzati mediante pressatura e sinterizzazione della polvere di zirconia (ZrO2). Esso svolge un ruolo fondamentale nell’industria moderna ed è il componente base essenziale di molti prodotti ad alta tecnologia.

Prestazioni

• Proprietà meccaniche

Elevata resistenza meccanica e tenacità: la zirconia (ZrO2) presenta una resistenza a flessione (800–1200 MPa) e una tenacità alla frattura (5–10 MPa·m¹⁄²) nettamente superiori a quelle delle comuni ceramiche, rendendola idonea per strutture soggette a sollecitazioni complesse.

Resistenza all’usura: l’elevata durezza (durezza Mohs 8,5–9) la rende adatta ad ambienti ad alto attrito, come cuscinetti e guarnizioni.

Resistenza agli urti: rispetto alle ceramiche tradizionali, il meccanismo di indurimento per trasformazione di fase della zirconia consente di assorbire l’energia d’urto e di ridurre la fragilità.

• Proprietà termiche

Resistenza alle alte temperature: con un punto di fusione fino a 2700 ℃, è adatta per ambienti ad alta temperatura, come i componenti dei motori degli aeromobili.

Bassa conducibilità termica (2–3 W/m·K), idonea per applicazioni di isolamento o gestione termica.

Resistenza ai cicli termici: il basso coefficiente di espansione termica (~10×10⁻⁶/℃) consente di sopportare brusche variazioni di temperatura.

• Proprietà elettriche

La zirconia parzialmente drogata (ad esempio Y₂O₃–ZrO₂) può presentare conducibilità ionica ed essere utilizzata in batterie a stato solido o sensori. È un eccellente isolante elettrico a temperatura ambiente, con elevata resistività e alta costante dielettrica. Tuttavia, ad alte temperature mostra conducibilità ionica ed è il materiale fondamentale per la realizzazione di sensori di ossigeno.

• Proprietà chimiche e biologiche

Le proprietà chimiche sono estremamente stabili, resistenti alla corrosione da acidi e basi forti e presentano inerzia fisiologica. È non tossico e innocuo, e l’impianto a lungo termine nel corpo non provoca reazioni di rigetto.

Forze Fondamentali

• Resistenza all’usura eccezionalmente elevata: grazie all’elevata durezza e al basso coefficiente di attrito, come componente meccanico mobile, l’usura è estremamente ridotta, consentendo di prolungare significativamente la durata operativa.
• Non magnetico e isolante: può essere utilizzato in ambienti elettronici di precisione e in presenza di campi magnetici intensi, a differenza dei componenti metallici che causano interferenze, ed è in grado di sopportare alte tensioni.
• Buona biocompatibilità: questo è l’unico materiale ceramico il cui colore si avvicina a quello dei denti naturali e che non irrita l’organismo umano, rendendolo particolarmente adatto alle ricostruzioni odontoiatriche.
• Alto grado di libertà progettuale: pezzi irregolari possono essere modellati in superfici curve complesse, fori o strutture a parete sottile mediante stampaggio a iniezione o pressatura a secco, soddisfacendo esigenze personalizzate o di precisione nell’adattamento.

Campo di applicazione

L’applicazione di lamine sagomate in ceramica allo zirconio si estende a numerosi settori high-end:

• Elettronica e telecomunicazioni: guaine ceramiche utilizzate per la produzione di connettori per fibre ottiche, backplate per smartphone, coperture per moduli di riconoscimento delle impronte digitali e componenti isolanti di precisione impiegati negli impianti per la fabbricazione di chip.
• Biomedicale: utilizzata principalmente per il ripristino orale, ad esempio denti interamente in ceramica e abutment per impianti. La sua estetica e biocompatibilità ne fanno un’alternativa ideale ai denti in metallo-ceramica.
• Tessile e meccanica: utilizzata per la produzione di ruote filo-guida, lame da taglio, nuclei valvolari per rubinetti, ecc. Sfruttando le sue proprietà di resistenza all’usura e di elevata scorrevolezza, risolve i problemi di usura dei fili o di corrosione tipici dei componenti metallici.
• Settore automobilistico e chimico: utilizzo della sua conducibilità ad alta temperatura come substrato per sensori di ossigeno nel rilevamento dei gas di scarico automobilistici; grazie alla sua resistenza alla corrosione, viene impiegata per anelli di tenuta e boccole per alberi nelle pompe chimiche.
• Ottica e beni di lusso: utilizzata per la produzione di connettori per fibre ottiche, supporti per lucidatura di precisione, nonché per cassetti e bracciali per orologi, grazie al suo aspetto lucido e caldo che non si consuma mai.

Nel complesso, le lamiere sagomate in ceramica allo zirconio stanno progressivamente sostituendo i materiali tradizionali nel campo dei componenti di precisione di fascia alta, grazie alla loro «resistenza meccanica simile a quella dei metalli, durezza propria delle ceramiche e resistenza alla corrosione propria delle plastiche».

Utilizzo

• Produzione di macchinari di precisione (ad es. ruote per filo, utensili da taglio)

Nei macchinari per il taglio di tessuti o fili, i fili metallici in rapido movimento tendono a usurare i componenti metallici. L’utilizzo di ruote per filo in zirconia, grazie alla loro eccezionale durezza (seconda solo a quella del diamante), contrasta efficacemente l’usura del filo, mentre la loro superficie liscia evita di graffiare il filo stesso. La loro isolazione elettrica risolve il problema della corrosione elettrolitica nei macchinari per il taglio a filo, ottenendo così numerosi vantaggi in un’unica soluzione.

• Ambienti chimici estremi (ad es. guarnizioni di pompe)

Nelle pompe chimiche che trasportano acidi forti, funge da elemento di tenuta tra gli anelli rotante e fisso. In questa zona i metalli vengono rapidamente corrosi, mentre l’inerzia chimica quasi completa della zirconia ne fa la barriera più efficace per isolare i mezzi corrosivi dal motore. In combinazione con le sue proprietà autolubrificanti, può operare a secco per un breve periodo anche in assenza di lubrificazione liquida, prevenendo il surriscaldamento e il danneggiamento dell’apparecchiatura.

Ambiente di rilevamento ad alta temperatura (ad es. sensori di ossigeno per autoveicoli)

Nel tubo di scarico di un motore automobilistico, è il componente principale del sensore. Può resistere a impatti termici elevati, dalla temperatura ambiente fino a quasi mille gradi, oltre a resistere alla corrosione chimica dei gas di scarico.

Specificativi tecnici