Dostosowana płytka z cyrkonii o nieregularnym kształcie, biała izolacyjna płyta ceramiczna ZrO2 z otworem

Ceramiczne arkusze z cyrkonii o niestandardowym kształcie to precyzyjne elementy ceramiczne o nieregularnych kształtach (niebędące standardowymi częściami okrągłymi lub kwadratowymi), wykonywane metodą prasowania i spiekania proszku cyrkonii (ZrO2). Odgrywają one kluczową rolę w nowoczesnej przemyśle i stanowią podstawowy komponent wielu zaawansowanych technologicznie produktów.

Wydajność

• Właściwości mechaniczne

Wysoka wytrzymałość i odporność na pękania: Cyrkonii (ZrO2) charakteryzuje się wytrzymałością na zginanie (800–1200 MPa) oraz odpornością na pęknięcia (5–10 MPa·m¹⁄²) znacznie przekraczającą odpowiednie wartości dla zwykłej ceramiki, co czyni ją odpowiednią do zastosowań w strukturach poddawanych złożonym obciążeniom.

Odporność na zużycie: Wysoka twardość (twardość wg skali Mohsa 8,5–9) czyni ją odpowiednią do środowisk o dużym tarciu, takich jak łożyska, uszczelki itp.

Odporność na uderzenia: W porównaniu do tradycyjnych ceramik mechanizm wzmacniania poprzez przemianę fazową cyrkonii pozwala na pochłanianie energii uderzenia i zmniejsza kruchość.

• Właściwości termiczne

Odporność na wysokie temperatury: Ze stopniem topnienia się sięgającym 2700 ℃ nadaje się do zastosowań w środowiskach o wysokiej temperaturze, takich jak elementy silników lotniczych.

Niska przewodność cieplna (2–3 W/m·K), odpowiednia do zastosowań izolacyjnych lub zarządzania ciepłem.

Odporność na szok termiczny: Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (~10×10⁻⁶/℃) umożliwia wytrzymywanie szybkich zmian temperatury.

• Właściwości elektryczne

Częściowo domieszkowana cyrkonii (np. Y₂O₃–ZrO₂) może wykazywać przewodnictwo jonowe i być stosowana w bateriach stanu stałego lub czujnikach. Jest doskonałym izolatorem elektrycznym w temperaturze pokojowej – charakteryzuje się wysoką rezystywnością i wysoką stałą dielektryczną. Jednak w wysokich temperaturach wykazuje przewodnictwo jonowe i stanowi materiał kluczowy do produkcji czujników tlenu.

• Właściwości chemiczne i biologiczne

Właściwości chemiczne są wyjątkowo stabilne, odporność na silne kwasy i zasady oraz obojętność fizjologiczna. Jest nietoksyczny i bezpieczny; długotrwałe wszczepianie w organizm nie powoduje reakcji odrzucenia.

Podstawowe siły

• Nadzwyczaj wysoka odporność na zużycie: Dzięki dużej twardości i niskiemu współczynnikowi tarcia jako element mechaniczny ruchomy zużywa się w bardzo małym stopniu, co znacznie wydłuża jego czas użytkowania.
• Bezmagnetyczny i izolacyjny: Może być stosowany w precyzyjnej elektronice oraz środowiskach o silnym polu magnetycznym – w przeciwieństwie do elementów metalowych nie powoduje zakłóceń i wytrzymuje wysokie napięcia.
• Dobra biokompatybilność: Jest to jedyny materiał ceramiczny o barwie zbliżonej do naturalnych zębów i niepodrażniający organizmu człowieka, co czyni go bardzo odpowiednim do zastosowań w stomatologii rekonstrukcyjnej.
• Wysoki stopień swobody projektowania: nieregularne elementy można formować w złożone powierzchnie zakrzywione, otwory lub konstrukcje cienkościenne za pomocą wtryskiwania lub prasowania na sucho, co pozwala spełnić indywidualne wymagania lub zapewnić precyzyjne dopasowanie.

Obszar zastosowania

Zastosowanie płytek ceramicznych z cyrkonii obejmuje wiele zaawansowanych dziedzin:

• Elektronika i telekomunikacja: rękawy ceramiczne stosowane do produkcji łączników światłowodowych, tylnych pokryw smartfonów, pokryw modułów rozpoznawania odcisków palców oraz precyzyjnych komponentów izolacyjnych wykorzystywanych w urządzeniach do produkcji układów scalonych.
• Medycyna biomedyczna: głównie stosowane w rekonstrukcji jamy ustnej, np. w postaci całkowicie ceramicznych zębów protetycznych oraz abutmentów do implantów stomatologicznych. Ich estetyka i biokompatybilność czynią je idealną alternatywą dla metalo-ceramicznych zębów protetycznych.
• Przemysł tekstylny i maszynowy: stosowane do produkcji kół przewodzących przędzę, ostrzy tnących, rdzeni zaworów kranów itp. Dzięki swojej odporności na zużycie i gładkiej powierzchni rozwiązuje się problem zużywania się przędzy lub korozji części metalowych.
• Przemysł motocyklowy i chemiczny: wykorzystanie jego przewodności w wysokiej temperaturze jako podłoża czujnika tlenu do wykrywania spalin pojazdów; wykorzystanie odporności na korozję do produkcji pierścieni uszczelniających oraz tulei wałów w pompach chemicznych.
• Optyka i towary luksusowe: stosowane do produkcji wtyczek światłowodowych, precyzyjnych uchwytów do polerowania, a także obudów i bransoletek zegarków dzięki połyskliwemu i ciepłemu wyglądowi, który nie znosi się z czasem.

Ogólnie rzecz biorąc, formowane arkusze ceramiczne z cyrkonii stale zastępują tradycyjne materiały w dziedzinie wysokiej klasy komponentów precyzyjnych ze względu na ich „wytrzymałość metalu, twardość ceramiki oraz odporność na korozję tworzyw sztucznych”.

Zastosowanie

• Produkcja maszyn precyzyjnych (np. koła drutowe, noże tnące)

W maszynach do cięcia materiałów tekstylnych lub drutów szybko poruszające się metalowe druty są narażone na zużycie elementów metalowych. Zastosowanie kół drucianych z cyrkonii, charakteryzujących się nadzwyczaj wysoką twardością (drugą tylko po diamencie), skutecznie zapobiega zużyciu drutu, a ich gładka powierzchnia zapobiega również zadrapaniom drutu. Izolacja elektryczna cyrkonii rozwiązuje problem korozji elektrolitycznej w maszynach do cięcia drutem, zapewniając jednocześnie wiele korzyści w jednym rozwiązaniu.

• Ekstremalne środowiska chemiczne (np. uszczelki pomp)

W pompach chemicznych transportujących silne kwasy stanowi element uszczelniający pomiędzy pierścieniem ruchomym a nieruchomym. W tym miejscu metal ulega szybkiej korozji, natomiast prawie całkowita obojętność chemiczna cyrkonii czyni ją najskuteczniejszą barierą izolującą medium korozyjne od silnika. W połączeniu z własnymi właściwościami smarnymi umożliwia ona krótkotrwałą pracę w trybie suchym nawet przy braku smarowania cieczami, zapobiegając przepaleniu urządzenia.

Środowisko pomiaru w wysokiej temperaturze (np. czujniki tlenu w pojazdach samochodowych)

W rurze wydechowej silnika samochodowego jest to główny element czujnika. Może wytrzymać uderzenia wysokiej temperatury – od temperatury pokojowej do prawie tysiąca stopni – oraz odporność na korozję chemiczną spowodowaną gazami wydechowymi.

Specyfikacje techniczne