לוח מבודד לבן לא סדיר מצירקוניה מותאם אישית, לוח קרמי מ-ZrO2 עם חור

גיליון קרמי מוזרקון מכוון מתייחס לרכיבים קרמיים מדויקים בצורות לא סדירות (חלקים שאינם עגולים או מרובעים סטנדרטיים), המיוצרים על ידי דחיסה ושריפת אבקת זירקוניה (ZrO2). הוא ממלא תפקיד מרכזי בתעשייה המודרנית והוא הרכיב הבסיסי והמרכזי של מגוון רחב של מוצרים מתקדמים.

ביצועים

• תכונות מכניות

עוצמה ועמידות גבוהות: לזירקוניה (ZrO2) יש חוזק כפיפה (800–1200 MPa) ועמידות בפני שבר (5–10 MPa·m¹⁄²) שמעל פי כמה מהקרמיקה הרגילה, מה שהופך אותה למתאימה למבנים מורכבים הנמצאים תחת מתחים מורכבים.

עמידות לשחיקה: הקשיות הגבוהה שלה (קשיות מוהס 8.5–9) הופכת אותה למתאימה לסביבות בעלות חיכוך גבוה, כגון גלגלות, איטמים וכו'.

תנגדות לפגיעות: בהשוואה לחרסינה מסורתית, מנגנון הקשיחות המבוסס על המרה פאזית של הצירקוניה יכול לספוג את אנרגיית הפגיעה ולפחית את החרישיות.

• תכונות תרמיות

תנגדות לטמפרטורות גבוהות: עם נקודת התכה של עד 2700°צ, היא מתאימה לסביבות טמפרטורה גבוהה כגון רכיבי מנועים של מטוסים.

מוליכות חום נמוכה (2–3 וואט/מטר·קלווין), מתאימה ליישומים של בידוד או ניהול תרמי.

תנגדות לשינויים תרמיים פתאומיים: מקדם ההתפשטות התרמית הנמוך (~10×10⁻⁶/°צ) מאפשר לה לעמוד בשינויי טמפרטורה מהירים.

• תכונות חשמליות

צירקוניה מזוהמת חלקית (למשל Y₂O₃–ZrO₂) יכולה להפגין מוליכות יונית ולהשמש בסוללות סולידיות או בחיישנים. זוהי מבודדת חשמלית מעולה בטמפרטורת החדר, עם התנגדות חשמלית גבוהה וקבוע דיאלקטרי גבוה. אולם בטמפרטורות גבוהות היא מפגינה מוליכות יונית והיא החומר המרכזי לייצור חיישני חמצן.

• תכונות כימיות וביולוגיות

התכונות הכימיות יציבות מאוד, עמידות לתקיפה על ידי חומצות ובסיסים חזקים, ובעלות אינרטיות פיזיולוגית. החומר אינו רעיל ואינו מזיק, והשתלתו בגוף לאורך זמן לא תגרום לתגובות דחייה.

העוצמה היסודית

• עמידות חריגה לשחיקה: בעלת קשיחות גבוהה ומקדם חיכוך נמוך, ולכן כשמרכיב מכני נע כמות השחיקה היא נמוכה מאוד, מה שמאפשר להאריך משמעותית את משך החיים הפעיל.
• אינה מגנטית ומבודדת: ניתן להשתמש בה בסביבות של אלקטרוניקה מדויקת ושדות מגנטיים חזקים, בניגוד לרכיבים מתכתיים שגורמים הפרעות, והיא יכולה לסבול מתחים גבוהים.
• תאימות ביולוגית טובה: זהו החומר הקירמי היחיד שצבעו קרוב לצבע השיניים הטבעיות ולא גורם לעיוי לגוף האנושי, ולכן הוא מתאים במיוחד לשיקום אורלי.
• דרגת חופש גבוהה בעיצוב: אפשר לייצר חלקים לא סימטריים למשטחים עקומים מורכבים, חורים או מבנים דקים באמצעות יציקה בזרימה או דחיסה יבשה, כדי לענות על צרכים אישיים או התאמה מדויקת.

תחום יישום

השימוש בגיליונות קרמיים של זירקוניה התרחב למספר תחומים מתקדמים:

• אלקטרוניקה ותקשורת: שרוולים קרמיים המשמשים לייצור מחברים סיבים אופטיים, לוחיות אחוריות לסמארטפונים, כיסויי מודולי זיהוי טביעות אצבע וכלי בידוד מדויקים המשמשים בציוד לייצור שבבים.
• ביומדיצינה: בשימוש בעיקר לשיקום פה-פה, כגון שיני קרמיקה מלאה ודסקיות חיבור להשתלות. המראה האסתטי והсовместות הביולוגית שלו הופכים אותו לחלופה אידיאלית לשיני מתכת-קרמיקה.
• טקסטיל ומכונות: משמש לייצור גלגלות חוט, להבות חיתוך, ליבות שסתומים לברזים וכו'. על ידי ניצול התכונות שלו של עמידות לשחיקה וחלקות, ניתן לפתור את הבעיה של שחיקת החוטים או חלודה בחלקי מתכת.
• תעשיית הרכב והכימיה: מנצלת את מוליכותה בטמפרטורות גבוהות כחומר בסיס לחיישני חמצן לזיהוי פליטה של רכב; מנצלת את עמידותה לקורוזיה לשימוש בטבעות איטום ובשפות ציר במשאבות כימיות.
• אופטיקה וטובין יוקרתיים: משמשת לייצור סיבים אופטיים, תקעים לאפיגון מדויק, וכן קסדות ושעונים יד, בשל המראה המבריק והחמים שלה שמתמיד לאורך זמן.

בהתאם לכך, דפי זירكونיה קרמיים מפורמים מחליפים באופן מתמיד חומרים מסורתיים בתחום הרכיבים המדויקים היוקרתיים, בזכות ה"חוזק של מתכות, הקשיחות של קרמיקה והעמידות לקורוזיה של פלסטיק".

שימוש

• ייצור מכונות מדויקות (למשל גלגלות חוט, חריצים)

במכונות לגזירת טקסטיל או חוטים, חוטים מתכתיים הנעים במהירות גבוהה נוטים לפגוע ברכיבים מתכתיים עקב סחיפה. השימוש בגלגלי חוט מזירקוניה, שקשיחותם האולטרה-גבוהה (השנייה רק ליהלום) עוצרת את הסחיפה של החוטים באופן יעיל, והמשטח החלק שלהם גם מונע את הגריזה של החוטים. התנגדותם החשמלית של גלגלים אלו פותרת את הבעיה של קורוזיה אלקטרוליטית במכונות גזירת חוטים, ומביאה לתועלת מרובה בפעולה אחת.

• סביבות כימיות קיצוניות (למשל: אטמים במשאבות)

במשאבות כימיות המניעות חומצות חזקות, זהו רכיב האטימה בין הטבעת הדינמית לטבעת הסטטית. מתכת תספוג בזריזות באזור זה, ואילו הזירקוניה, שמתאפיינת כמעט בכל תיאור של חוסר פעילות כימית, מהווה את קו ההגנה החזק ביותר להפרדת המדיה הקורוזיבית מהמנועים. בשילוב עם תכונות השמנים העצמיות שלה, היא יכולה לפעול ללא נוזלים לתקופה קצרה גם בחוסר שמן נוזלי, ובכך מונעת שריפת הציוד.

סביבה למדידת טמפרטורות גבוהות (למשל: חיישני חמצן באוטומובילים)

בצינור הפליטה של מנוע רכב, זהו הרכיב המרכזי של החיישן. הוא מסוגל לבלום השפעות של טמפרטורות גבוהות, מהטמפרטורה החדרית ועד לכ-אלף מעלות, וכן לספק עמידות בפני קורוזיה כימית מגזים הפליטה.

מפרטים טכניים