Sanxin New Materials Co., Ltd.: мировой лидер в области передовой керамики с 2008 года, специализирующийся на керамических мелющих телах, износостойких деталях и конструкционных компонентах для горнодобывающей, электронной, фармацевтической, аэрокосмической и других отраслей промышленности.
Промышленный парк Аньюань, город Пинсян, провинция Цзянси, Китай
Керамика из диоксида циркония (ZrO₂) обладает исключительной износостойкостью, биосовместимостью и стабильностью при высоких температурах, что обеспечивает высокую эффективность и долговечность.
Циркониевые шарики
Шарики подшипников из диоксида циркония
Циркониевая конструкционная керамика
Мы с нетерпением ждем возможности ответить на любые вопросы или поделиться дополнительными сведениями о наших предложениях по циркониевой керамике и услугах поддержки. Независимо от того, исследуете ли вы пользовательские прототипы или масштабируете производство, наша команда готова провести вас через возможности этого выдающегося материала.
Мы профессионально предоставляем услуги по закупке и изготовлению изделий из циркониевой керамики по индивидуальному заказу, охватывая полный спектр продукции, включая циркониевые шлифовальные шарики, шарики подшипников и конструкционные компоненты. Мы можем точно адаптировать технические характеристики и эксплуатационные параметры для удовлетворения индивидуальных потребностей различных отраслей, таких как горнодобывающая промышленность, энергетика, электроника и медицина, эффективно поставляя высококачественную продукцию, которая полностью удовлетворяет основные потребности промышленного производства в области шлифования, трансмиссий и опор конструкций.
История циркониевой керамики: История циркониевой керамики начинается в конце XVIII века, когда немецкий химик Мартин Генрих Клапрот впервые выделил цирконий из минерала циркона, назвав его в честь персидского слова «заргун», означающего «золотистый». В XIX веке цирконий нашел свое первоначальное промышленное применение в качестве абразива в шлифовальных кругах и полировальных инструментах, используя его исключительную твердость. XX век ознаменовался поворотным сдвигом, когда исследователи открыли полиморфную природу циркония — его способность переходить между моноклинной, тетрагональной и кубической кристаллическими фазами, — что открыло беспрецедентную вязкость за счет фазовых превращений, вызванных напряжением. Этот прорыв продвинул цирконий в структурные керамики, особенно в аэрокосмической отрасли и огнеупорах в послевоенный период. В XXI веке достижения в методах стабилизации, таких как легирование иттрием, расширили роль циркония в биомедицинской и энергетической отраслях. Сегодня глобальное производство превышает миллионы тонн ежегодно, обусловленное спросом на медицинские имплантаты и твердотельные оксидные топливные элементы (SOFC). Его эволюция отражает более широкую тенденцию в материаловедении: от примитивных абразивов к спроектированным решениям для экстремальных условий, с продолжающимися исследованиями, расширяющими границы в нанотехнологиях и аддитивном производстве.
Понимание циркониевой керамики: Керамика из диоксида циркония (ZrO₂) представляет собой мощный класс передовых материалов, прославленный своей превосходной прочностью, долговечностью и устойчивостью к абразии и химическим атакам. Химически инертная и высоко термоэкспандирующаяся, циркониевая керамика выделяется среди оксидных керамик своей способностью сохранять структурную целостность при термическом ударе, делая ее незаменимой в высокорисковых средах. Это адаптивное вещество может формироваться в разнообразные формы — от сложных микро-компонентов до крупномасштабных огнеупоров, — позиционируя ее как предпочтительный вариант в нескольких секторах.В основе производительности циркония лежит его полиморфное поведение: при комнатной температуре он принимает моноклинную структуру (бадделеит), но при нагреве или напряжении превращается в более плотные тетрагональные или кубические фазы, поглощая энергию и предотвращая распространение трещин — механизм, известный как упрочнение за счет фазового превращения. Эта уникальная черта, в сочетании с температурой плавления, превышающей 2700°C, делает ее идеальной для сценариев, требующих высочайшей производительности, таких как ортопедические имплантаты, протезные зубные реставрации и прецизионные режущие инструменты. Кроме того, она играет ключевую роль в изготовлении электронных элементов, таких как датчики и конденсаторы, где ее ионная проводимость облегчает транспорт ионов кислорода при повышенных температурах.
Варианты циркониевой керамики: Керамика из циркония доступна в нескольких формулах, каждая из которых адаптирована стабилизаторами для оптимизации производительности и смягчения проблем расширения объема, присущих чистым фазовым переходам ZrO₂. Ключевые различия включают стандартную циркониевую керамику, иттрий-стабилизированную цирконию и композиты на основе алюминия-циркония. Эти варианты спроектированы для фиксации желательных фаз, улучшая стабильность и механические свойства для конкретных применений. Вот подробный разбор:
Обзор: Чистый белый кристаллический оксид, отличающийся выдающейся устойчивостью к разрушению и химической инертностью, с естественной моноклинной фазой при окружающих условиях.
Кристаллические фазы: Выражает моноклинную (температура комнаты), тетрагональную (1170–2370°C) или кубическую (выше 2370°C) структуры в зависимости от температуры и обработки.
Применения: Ее механическое превосходство и устойчивость к абразии делают ее идеальной для зубных протезов, режущих кромок и премиальной керамической продукции, такой как имитаторы ювелирных изделий (кубическая циркония). Однако чистые формы склонны к растрескиванию без стабилизации.
Обзор: Смешана с 3–8% оксида иттрия (Y₂O₃) для фиксации кубической или тетрагональной фазы, часто приводя к полупрозрачным вариантам.
Улучшения: Обеспечивает широкий диапазон термической стабильности (до 1000°C) и высокую ионную проводимость для кубической структуры, crucial для электрохимических устройств.
Применения: Необходима в твердотельных оксидных топливных элементах, газовых датчиках и системах, подверженных нагреву, где подвижность ионов кислорода vital; также популярна в зубных приложениях за свою эстетику.
Описание: Композитный материал, сочетающий свойства оксида алюминия (Al₂O₃) и диоксида циркония (ZrO₂).
Стабильность: Добавление оксида алюминия повышает прочность и износостойкость цирконии.
Применение: Используется в абразивных материалах благодаря высокой твердости и трещиностойкости — в режущих инструментах, шлифовальных кругах и других изделиях, подвергающихся интенсивному износу.
Описание: Тип цирконии, частично стабилизированный оксидом магния, содержащий смесь тетрагональной и моноклинной фаз.
Стабильность: Сочетание фаз придаёт материалу уникальную комбинацию прочности и ударной вязкости.
Применение: Благодаря повышенной трещиностойкости, Mg-PSZ используется в деталях, требующих высокой устойчивости к растрескиванию — например, в подшипниках, режущих инструментах и других износостойких элементах.
Циркониевая керамика — это универсальный материал, свойства которого можно изменять путём добавления различных стабилизаторов. Магнезиево-, иттрий-, алюмо- и частично стабилизированные разновидности цирконии обладают уникальными характеристиками, что делает их подходящими для широкого спектра промышленных применений.
| Свойство | Ед. изм. | Метод испытаний | ZrO₂ (Стандарт) | ZrO₂-Y₂O₃ | ZTA (Алюминий-цирконий) | |
| Материал | — | — | Белый | Белый | Белый/Серый | |
| Плотность | г/см³ | ISO 18754:2003 | 5,68 | 5,95–6 | 4,1–4,3 | |
| Изгибающая прочность | МПа | ASTM C1161-13 | 400–600 | 1000 | 500–800 | |
| Компрессионная прочность | МПа | GB/T 8489-2006 | 1800 | 2200 | 2000–2500 | |
| Модуль Юнга | ГПа | ASTM C1198-09 | 200 | 210 | 300–350 | |
| Вязкость к разрушению | МПа·м¹/² | ASTM C1421-18 | 4–5 | 8 | 5–7 | |
| Коэффициент Пуассона | — | ASTM C1421-18 | 0,3 | 0,3 | 0,25 | |
| Твердость (HRA) | HRA | Rockwell 60N | 85 | 90 | 92 | |
| Твердость по Виккерсу | HV1 | ASTM C1327-15 | 1100 | 1450 | 1600–1800 | |
| Термическое расширение | 10⁻⁶ К⁻¹ | ASTM E1461-13 | 10 | 10 | 7–8 | |
| Теплопроводность | Вт/м·К | ASTM E1461-13 | 2,5 | 3 | 20–25 | |
| Устойчивость к термическому удару | ΔT (°C) | — | 300 | 400 | 250 | |
| Макс. темп. (окисление) | °C | Без нагрузки | 1000 | 1000 | 1500 | |
| Макс. темп. (восстановление/инерт) | °C | Без нагрузки | 850 | 1000 | 1400 | |
| Объемное сопротивление (20°C) | Ω·см | — | 10¹⁰ | 10¹² | 10¹⁴ | |
| Диэлектрическая прочность | кВ/мм | — | 12 | 15 | 20 | |
| Диэлектрическая постоянная (1 МГц) | — | ASTM D2149-13 | 25 | 30 | 9–10 | |
| Диэлектрические потери (20°C, 1 МГц) | tan δ | ASTM D2149-13 | 3×10⁻³ | 2×10⁻³ | 1×10⁻³ |
Примечание: Значения могут варьироваться в зависимости от размера зерна и пористости; продвинутые варианты, такие как нано-YSZ, могут превышать эти эталоны.
Сравнительный анализ для прецизионной инженерии
Цирконий преуспевает в сценариях, требующих баланса вязкости и твердости, часто превосходя альтернативы в динамических нагрузках. Ниже приведено расширенное сравнение:
| Характеристика | Керамика из циркония | Структурные керамики (напр., алюминий) | Стекло | Сталь | Карбид вольфрама | |
| Прочность и вязкость | Выдающаяся (упрочнение фазовым превращением) | Твердая, но хрупкая (K_IC ~4 МПа·м¹/²) | Средняя, хрупкая | Высокая растяжимая/компрессионная | Превосходная (но хрупкая) | |
| Термическая стабильность | Сильная (плавление до 2700°C) | Отличная (высокая t плавления) | Средняя (смягчается ~500°C) | Снижается при нагреве (>800°C) | Отличная (огнеупорная) | |
| Устойчивость к износу | Исключительная (низкий коэффициент трения 0,1–0,3) | Хорошая | Средняя | Средняя (ржавеет) | Высший уровень | |
| Коррозионная стойкость | Высокоустойчивая (инертна к кислотам/основаниям) | Обычно хорошая | Хорошая к кислотам | Склонна без покрытия | Сильная к химикатам | |
| Прозрачность | Непрозрачная (полупрозрачная в YSZ) | Непрозрачная | Прозрачная | Непрозрачная | Непрозрачная | |
| Биосовместимость | Медицинского класса (ISO 10993) | Варьируется | Варьируется | Варьируется (аллергенна) | Варьируется | |
| Электрическая изоляция | Отличная (ρ >10¹² Ω·см) | Сильная | Хорошая | Проводящая | Проводящая | |
| Магнитное поведение | Немагнитная | Немагнитная | Немагнитная | Часто магнитная | Немагнитная | |
| Стоимость (за кг) | Умеренная ($50–100) | Низкая ($10–20) | Очень низкая | Низкая | Высокая ($100+) |
Данные взяты из отраслевых стандартов; преимущество циркония в вязкости делает его предпочтительным для приложений с ударами.
Преимущества циркониевой керамики
Преимущества циркония накапливаются со временем, предлагая экономию на жизненном цикле:
Долговечность: Высокая вязкость и прочность продлевают срок службы в 5–10 раз по сравнению с металлами в приложениях с износом.
Адаптивность: Работает от субнулевых (-50°C) до экстремального нагрева (1000°C+).
Визуальная гармония: Белая непрозрачность, похожая на зубную эмаль, идеальна для стоматологической эстетики; окрашиваемая для пользовательских дизайнов.
Минимальное обслуживание: Химическая инертность снижает износ и замены в коррозионных средах.
Экономическая ценность: Долговечность снижает долгосрочные расходы, минимизируя простои.
Экологическая безопасность: Нетоксичная, перерабатываемая и свободная от тяжелых металлов для широкого, безрискового развертывания.
Экономическая ценность: Долговечность снижает долгосрочные расходы, минимизируя простои.
Экологическая безопасность: Нетоксичная, перерабатываемая и свободная от тяжелых металлов для широкого, безрискового развертывания.
Надежная производительность: Легко справляется с интенсивными напряжениями, с усталостной стойкостью >106 циклов.
Долговечность трения: Превосходит соперников в абразивных средах, снижая потери энергии.
Дружественность к организму: Безопасна для имплантатов и протезов, с показателями остеоинтеграции >95%.
Антикоррозионная: Выдерживает суровые химические воздействия, продлевая службу в нефтехимии.
Тепловая эффективность: Низкая проводимость эффективно изолирует, повышая энергосбережение в высокотемпературных системах.
Компоненты из циркония сияют в различных секторах благодаря своей механической мощи,
термостойкости и инертности. Их биосовместимость, твердость и устойчивость к деградации
делают их незаменимыми. Ниже представлены современные применения, включая топ-10 отраслей.
Применения циркония растут, рынок прогнозируется с ростом 7% в год до 2030 года.
Современная окрашенная циркониевая керамика использует стабильные пигменты (Fe₂O₃, V₂O₅, сажа),
выдерживающие температуры до 1400 °C. Технологии включают легирование порошка, инфильтрацию после обжига
и 3D-печать. Применяется в стоматологии, носимых устройствах, декоративных плитках и ювелирных изделиях.
Производство циркониевых деталей включает восемь основных этапов.
Используется порошок ZrO₂ 99,5%+, стабилизированный Y₂O₃ (3–8%). Добавляются ПВА-связующие и диспергаторы.
Порошок смешивается с органическими добавками, измельчается до 0,1–5 мкм.
Медленный нагрев до 400–600 °C, пиролиз связующего, каталитическая или растворная дебиндеризация.
Температура 1400–1700 °C, плотность >99%. HIP до 200 МПа повышает прочность на 20%.
Упаковка, маркировка, сертификаты, соответствие AS9100/ISO 13485.
Выход производства >95%.
Траектория циркония направлена на более умные, зеленые приложения, подпитываемые нанотехнологиями и императивами устойчивости. Ключевые разработки включают:
Подмикронные зерна (<100 нм) через искровое плазменное спекание повышают вязкость до 10 МПа·м¹/² и позволяют прозрачные керамики для оптики.
: Легирование церием или скандием улучшает подвижность ионов для следующего поколения SOFC, работающих при <500°C, ускоряя внедрение чистой энергии.
Текстурирование поверхности лазерным ablating способствует остеоинтеграции; покрытия с высвобождением лекарств интегрируют антибиотики для имплантатов, устойчивых к инфекциям.
Струйное связывание и стереолитография производят сложные решетки, снижая отходы на 50% в прототипировании аэрокосмической отрасли.
Переработка из израсходованных SOFC и биосвязующие снижают углеродный след; окрашенная циркония расширяет рынки экологичных декоров.
С CAGR 7–9%, сектор может достичь $2 млрд к 2030 году, driven электромобилями (датчики) и медтехом (3D-печатные протезы).Эти инновации позиционируют цирконий как краеугольный камень Industry 4.0, сочетая долговечность с интеллектом.
Структурные керамики, такие как цирконий, могут революционизировать долговечность и точность оборудования, значительно превосходя традиционные металлы, такие как сталь. Для крупномасштабных проектов мы предлагаем консультации на месте, совместные лаборатории разработки и оптимизацию цепочки поставок для обеспечения seamless интеграции.
Керамика из циркония обрела популярность благодаря своим отличительным атрибутам — непревзойденной вязкости, термической устойчивости и биосовместимости, — идеально совпавшим с отраслевыми сдвигами к более легким, эффективным и долговечным материалам в медицине, энергетике и производстве. От своих абразивных истоков до современного высокотехнологичного энблера, подъем циркония отражает глобальные требования к производительности без компромиссов, обещая еще большие воздействия в устойчивом будущем.