Prispôsobená nerovná doska z cirkóniového izolátora, biela keramická platňa ZrO2 s otvorom

Tvarovaný keramický list z oxidu zirkoničitého označuje presné keramické komponenty s nerovnými tvarmi (nie štandardné kruhové alebo štvorcové diely), ktoré sa vyrábajú lisovaním a spekaním prášku oxidu zirkoničitého (ZrO2). Hrá kľúčovú úlohu v modernom priemysle a je základnou zložkou mnohých vysokotechnologických výrobkov.

Výkonnosť

• Mechanické vlastnosti

Vysoká pevnosť a húževnatosť: Oxid zirkoničitý (ZrO2) má ohybovú pevnosť (800–1200 MPa) a odolnosť voči štiepeniu (5–10 MPa·m¹⁄²), ktorá výrazne prevyšuje bežnú keramiku, čo ho robí vhodným pre zložité konštrukcie za pôsobenia napätia.

Odolnosť proti opotrebovaniu: Jeho vysoká tvrdosť (Moshova tvrdosť 8,5–9) ho robí vhodným pre prostredia s vysokým trením, ako sú napríklad ložiská, tesnenia atď.

Odolnosť voči nárazu: Oproti tradičným keramickým materiálom môže fázový mechanizmus zvyšovania húževnatosti oxidu zirkoničitého absorbovať energiu nárazu a znížiť krehkosť.

• Tepelné vlastnosti

Odolnosť voči vysokým teplotám: So svojím bodom topenia až 2700 ℃ je vhodný pre prostredia s vysokou teplotou, napríklad pre komponenty lietadlových motorov.

Nízka tepelná vodivosť (2–3 W/m·K), vhodná pre izolačné alebo aplikácie riadenia tepla.

Odolnosť voči tepelným šokom: Nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (~10×10⁻⁶/℃) umožňuje odolávať rýchlym zmenám teploty.

• Elektrické vlastnosti

Čiastočne dopovaný oxid zirkoničitý (napr. Y₂O₃–ZrO₂) môže vykazovať iónovú vodivosť a používa sa v pevných batériách alebo senzoroch. Je vynikajúcim elektrickým izolantom pri izbovej teplote s vysokou odporovosťou a vysokou permitivitou. Pri vysokých teplotách však vykazuje iónovú vodivosť a je základným materiálom pre výrobu kyslíkových senzorov.

• Chemické a biologické vlastnosti

Chemické vlastnosti sú extrémne stabilné, odolné voči silným kyselinám a zásadám a majú fyziologickú neaktívnosť. Je netoxický a neškodný, dlhodobá implantácia do tela nevyvoláva odpovede odmietnutia.

Kľúčové výhody

• Ultra vysoká odolnosť proti opotrebovaniu: Vysoká tvrdosť a nízky koeficient trenia spôsobujú, že pri použití ako mechanická pohyblivá súčiastka je množstvo opotrebovania extrémne nízke, čo výrazne predĺži životnosť.
• Nemagnetický a izolovaný: môže sa používať v presnej elektronike a prostredí silných magnetických polí, na rozdiel od kovových súčiastok, ktoré spôsobujú rušenie, a dokáže vydržať vysoké napätia.
• Dobrá biokompatibilita: Ide o jediný keramický materiál, ktorého farba je blízka prirodzeným zubom a neirituje ľudské telo, čo ho robí veľmi vhodným pre ústnu rekonštrukciu.
• Vysoký stupeň slobody návrhu: Nepravidelné diely je možné formovať do zložitých zakrivených plôch, otvorov alebo tenkostenných štruktúr pomocou vstrekovania alebo suchého lisovania, čím sa spĺňajú potreby personalizácie alebo presného prispôsobenia.

Oblasť použitia

Použitie tvarovaných dosiek z cirkóniového keramického materiálu sa rozprestiera v mnohých vysokokvalitných oblastiach:

• Elektronika a komunikácia: Keramické pouzdrá pre výrobu konektorov optických vlákien, zadné kryty smartfónov, kryty modulov na rozpoznávanie odtlačkov prstov a presné izolačné komponenty používané v zariadeniach na výrobu čipov.
• Biomedicína: Predovšetkým sa používa pri ústnej rekonštrukcii, napríklad pri výrobe celokeramických zubov a abutmentov pre zubné implantáty. Jeho estetika a biokompatibilita ho robia ideálnou alternatívou k kovovo-keramickým zubom.
• Textilné a strojnícke priemysel: Používa sa na výrobu koliesok na vedenie drôtov, rezacích čepeľov, jadier kohútikov atď. Využitím svojich odolných voči opotrebovaniu a hladkých vlastností je možné vyriešiť problém opotrebovávania drôtov alebo hrdzavenia kovových dielov.
• Automobilový a chemický priemysel: Využíva sa jeho vodivosť pri vysokých teplotách ako podklad pre kyslíkové senzory na detekciu výfukových plynov z automobilov; vzhľadom na svoju odolnosť voči korózii sa používa na tesniace krúžky a hriadeľové objímky v chemických čerpadlách.
• Optika a luxusné tovar: používa sa na výrobu zástrčiek pre optické vlákna, presných prípravkov na broušenie, ako aj na hodinové korpusy a náramky, vďaka ich lesklému a teplému vzhľadu, ktorý sa nikdy neopotrebuje.

Celkovo sa tvarované dosky z oxidu zirkoničitého neustále nahradzujú tradičné materiály v oblasti vysokopresných komponentov v dôsledku ich „pevnosti kovov, tvrdosti keramiky a odolnosti plastov voči korózii“.

Použitie

• Výroba presných strojov (napr. drôtové kolesá, rezné nástroje)

V textilných alebo drôtových rezacích strojoch sú vysokorýchlostné pohybujúce sa kovové drôty náchylné na opotrebovanie kovových komponentov. Použitie zirkóniových drôtových kolies, ktoré majú extrémne vysokú tvrdosť (druhá najvyššia po diamante), účinne odoláva opotrebovaniu drôtov a ich hladký povrch zároveň zabraňuje poškrabaniu drôtov. Ich elektrická izolácia rieši problém elektrolytickej korózie v drôtových rezacích strojoch a tým dosahuje viaceré výhody naraz.

• Extrémne chemické prostredia (napr. tesniace prvky čerpadiel)

V chemických čerpadlách na prepravu silných kyselín ide o tesniaci prvok medzi pohyblivým a nepohyblivým krúžkom. Kov tu bude rýchlo korodovať a takmer úplná chemická neaktívnosť zirkónia ho robí najsilnejšou obrannou líniou pri izolácii korozívnych médií od motorov. V kombinácii so samomaznými vlastnosťami môže zirkónium krátkodobo pracovať suchým spôsobom aj v prípade chýbajúcej kvapalnej mazacej látky, čím sa zabráni prehriatiu zariadenia.

Prostredie s vysokou teplotou pre snímanie (napr. kyslíkové senzory v automobiloch)

V výfukovom potrubí automobilového motora je to základnou súčiastkou senzora. Dokáže odolať vysokoteplotným účinkom od izbovej teploty až takmer do tisícky stupňov, pričom zároveň odoláva chemickému poškodeniu výfukovými plynmi.

Technické špecifikácie