Техническая керамика. Твердые сплавы. Композиционные материалы

Диоксид циркония, оксид алюминия и их соединения

Описание

Керамика на основе диоксида циркония (ZrO2) частично стабилизированного оксидом иттрия (Y2О3), выделяется среди других конструкционных керамик высокими прочностными показателями и трещиностойкостью при сохранении устойчивости к коррозии и износу.
Диоксид циркония – тугоплавкое соединение с преимущественно ионной межатомной связью, существующее в трех кристаллических модификациях – кубической, тетрагональной и моноклинной. Высокие прочность и трещиностойкость диоксида циркония обусловлены трансформационным переходом (полиморфным превращением) метастабильной тетрагональной модификации в стабильную моноклинную.
Низкая теплопроводность ZrO2 затрудняет теплоотвод при триботехнических применениях. Высокое значение коэффициента термического расширения благоприятствует сочленению деталей из диоксида циркония с металлическими и стальными деталями, имеющими близкие значения КТР.
Негативная характеристика ZrO2(Y2О3) – деградация механических свойств под воздействием влаги при температурах до 300°С.
В меньшей степени этот недостаток присущ корундоциркониевым композиционным керамикам (КЦК) Al2O3 - ZrO2(Y2О3). Твердость КЦК материалов превосходит аналогичный показатель диоксида циркония за счет вклада высокотвердой Al2O3-компоненты. Аналогичное утверждение справедливо и для коэффициента теплопроводности.

Керамика на основе оксида алюминия (Al2O3) отличается высокой твердостью, более низкой прочностью, высоким модулем упругости. Материал отличается высокой коррозионной стойкостью, устойчив к воздействию большинства органических и неорганических кислот и солей. Негативная сторона комплекса физико–механических свойств Al2O3 – самая низкая трещиностойкость в ряду производимых конструкционных керамик.

Области применения

Общее направление применения износостойких изделий из оксидных керамик - пары трения (подшипники скольжения) для насосостроения, детали запорной арматуры, детали торцовых уплотнений и клапанов, футеровки и шары для размола, тигли для плавки драгметаллов.

Физико-механические и физические свойства

ХарактеристикаМатериал
ZrO2(Y2O3)Al2О3 - ZrO2Al2O3
плотность, г/см³6,0 - 6,054,5 - 4,63,8 - 3,9
микроструктура

Микроструктура диоксида циркония

Открыть изображение в большом формате >>

репер - 1 мкм

Микроструктура КЦК

Открыть изображение в большом формате >>

репер - 1 мкм

Микроструктура оксида алюминия

Открыть изображение в большом формате >>

репер - 2 мкм

предел прочности при изгибе, МПа750 - 1050550 - 750300 - 350
модуль Юнга, ГПа200 - 210310 - 340370 - 380
твердость по Виккерсу, ГПа12 - 1315 - 1719 - 21
трещиностойкость,
МПа м½
8,0 - 10,06,0 - 8,03,0 - 3,5
коэффициент теплопроводности, Вт мˆ(-1) х Кˆ(-1)2 - 320 - 2225 - 30
коэффициент термического расширения, 10ˆ(-6) х Кˆ(-1)10,0 - 11,08,5 - 9,58,0 - 9,0