Zirkonya üstün performansa ve asit-alkali direncine sahip inorganik metalik olmayan bir malzemedir. Kararlı kimyasal özelliklere, yüksek erime noktasına, düşük ısı iletkenliğine, sertliğe, yüksek mukavemete ve aşınma direncine sahiptir. Dikkat çekici özellikleri nedeniyle zirkonya ve ürünleri, askeri , enerji, metalurji , elektronik gibi yüksek teknoloji alanlarında geniş uygulama olanakları sergileyen yapısal seramikler, fonksiyonel seramikler, biyoseramikler ve termal bariyer kaplamalar için birincil hammaddelerden biri haline geldi. , iletişim , otomotiv ve makine.
Diğer Seramik Malzemelerin Performansının Arttırılmasında Zirkonyanın Katkı Maddesi Olarak Uygulanması
I. Zirkonya Seramiklerine Etkisi
Nanozirkonya, sıradan zirkonya ürünlerinin performansı üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir.
Elektrofüze edilmiş monoklinik zirkonya ham maddesine farklı CaO stabilizatör içerikleri eklenerek, optimum CaO stabilizatör miktarı, pişirme sonrasında numunelerin mineral faz bileşimi, görünür gözenekliliği ve basınç dayanımı analiz edilerek belirlendi. Optimum CaO stabilizatör ilavesine dayanarak, zirkonya ürünlerinin performansı üzerindeki etkisini araştırmak için nano-zirkonya tozu dahil edildi. Sonuçlar, optimum numuneye (3Ca-PSZ) nano-zirkonya tozu ilavesinin artmasıyla görünür gözenekliliğin azaldığını, sinterleme büzülme oranının arttığını ve basınç dayanımının arttığını gösterdi. Spesifik olarak, nano-zirkonya tozu ekleme oranı ağırlıkça %8'e ulaştığında numune %9,4'lük bir gözeneklilik, 5,08 g/cm3'lük bir yığın yoğunluğu ve 381 MPa'lık bir basınç dayanımı sergiledi. 3Ca-PSZ örneğiyle karşılaştırıldığında gözeneklilik %40 azaldı, kütle yoğunluğu %5 arttı ve basınç dayanımı %70 arttı.
II. Alümina Seramiklere Etkisi
Al2O3 seramikleri yüksek mukavemet, sertlik, aşınma direnci, oksidasyon direnci ve termal şok direnci gibi mükemmel özelliklerinden dolayı mekanik, elektronik ve kimya endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Saf Al2O3 seramikleri iyi bir yüksek sıcaklık performansı sergilerken, yetersiz tokluğa ve zayıf darbe direncine sahiptirler ve bu da genellikle kesme sırasında küçük kırılmalara neden olur. Zirkonyayla sertleştirilmiş alümina (ZTA) seramikler, Al2O3 matrisine zirkonya ekleyerek bu sorunları önemli ölçüde iyileştirebilir.
ZTA seramiklerinde ZrO2 parçacıkları Al2O3 matrisinde eşit şekilde dağılmıştır. Sıcaklık değiştikçe ZrO2 parçacıkları martensitik faz geçişine ait faz geçişlerine uğrar, bu da hacimsel genleşme ve kayma gerilimine neden olarak çekme gerilmesi ve mikro çatlakların oluşmasına neden olur. Bazı küçük boyutlu ZrO2 parçacıkları çekme gerilimi altında mikro çatlaklar oluşturur. Bu çatlaklar küçük boyutlu tanecikler içinde hapsolmuştur ve bunların başlatılması ve yayılması, dış gerilim alanından enerji tüketerek Al2O3 seramiklerinin sağlamlığını ve gücünü arttırır. Bu nedenle ZTA seramikleri gelecek vaat eden bir seramik malzemesini temsil etmektedir.
III. Silisyum Nitrür Seramikleri Üzerindeki Etki
Silisyum nitrür seramikleri, yüksek mukavemet, sertlik, aşınma direnci, korozyon direnci ve sürünme direnci gibi mükemmel özelliklerinden dolayı en kapsamlı yapısal seramik malzeme olarak kabul edilir. Bununla birlikte, doğal kırılganlıkları, bunların yaygın olarak pazarda uygulanmasını engellemektedir. Çok sayıda bilim adamı ZrO2 ile sertleştirilmiş Si3N4 seramikleri üzerinde çalışmış ve önemli ilerleme kaydetmiştir.
ZrO2-Si3N4 kompozit seramik malzemeler basınçsız sinterleme yoluyla hazırlandı ve yer değiştirme yöntemi, SEM ve DDL110 üniversal çekme test cihazı kullanılarak karakterize edildi. ZrO2 içeriğinin Si3N4 seramiklerinin yoğunluğu, mikro yapısı ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisi araştırıldı. Sonuçlar, ZrO2 içeriği arttıkça Si3N4 seramiklerinin yoğunluğunun arttığını; hem eğilme mukavemeti hem de kırılma tokluğu başlangıçta artmış ve daha sonra azalmıştır. ZrO2 içeriği %10'a ulaştığında Si3N4'ün eğilme mukavemeti ve kırılma tokluğu aynı anda sırasıyla 362MPa ve 7.0MPa·m1/2 olmak üzere maksimum değerlerine ulaştı.
IV. Alüminyum Nitrür (AlN) Seramiklerine Etkisi
Yüksek termal iletkenlikleri, mükemmel elektriksel özellikleri ve düşük termal genleşme katsayıları ile tanınan AlN seramikleri , genellikle devre paketleme alt katmanları için ideal malzeme olarak kabul edilir.SiCgibi seramik malzemelerle karşılaştırıldığında, AlN seramikleri daha düşük kırılma tokluğu sergiler, bu da onların termal şok direncinden ödün verir ve işleme zorluğunu artırır.
Nano-ZrO2 tozunun eklenmesi ve sinterleme yardımcısı olarak Y2O3'ün kullanılmasıyla AlN seramikleri sıcak pres sinterleme yoluyla üretildi. Sonuçlar, ZrO2 eklendikten sonra sıcak preslenmiş AlN seramiklerinin faz bileşiminin birincil AlN fazını, Al5Y3O12 tane sınırı fazını ve yeni bir ZrN fazını içerdiğini ortaya çıkardı. ZrO2 ilavesiyle sıcak preslenmiş AlN seramiklerinin Vickers sertliği büyük ölçüde değişmeden kalırken kırılma dayanıklılığı giderek arttı. Bu artış öncelikle eklenen ZrO2 ile AlN arasındaki yüksek sıcaklık reaksiyonuna atfedilir ve ZrN oluşumuyla sonuçlanır. Bu dönüşüm, AlN seramiklerinde tek bir tanecikler arası kırılma modundan, hem tanecikler arası hem de tanecikler arası kırılmaları kapsayan, tane sınırlarını güçlendiren ve ardından kırılma dayanıklılığını artıran karışık bir kırılma moduna geçişe yol açar.
Çözüm
Sonuç olarak, zirkonyanın eklenmesi çeşitli seramik türlerinin performansını önemli ölçüde arttırmaktadır. Zirkonya seramiklerinin kendisi, alümina seramikleri, silikon nitrür seramikleri veya alüminyum nitrür seramikleri olsun, uygun miktarda zirkonyanın eklenmesi, tokluk, kuvvet, darbe direnci, aşınma direnci ve korozyon direnci gibi temel özellikleri etkili bir şekilde geliştirir. Bu dönüşüm, seramik malzemelerin pratikliğini arttırmakla kalmıyor, aynı zamanda askeri, enerji, metalurji, elektronik, telekomünikasyon, otomotiv ve makine gibi yüksek teknoloji alanlarındaki uygulama kapsamlarını da genişletiyor. Bu nedenle, temel bir seramik katkı maddesi olan zirkonya, seramik malzemelerin kapsamlı performansının arttırılmasında önemli bir rol oynar.
