Zirconia (ZrO2) – CeramaZirc™

Denominata “acciaio ceramico”, la ceramica di zirconia (Zro2) offre una combinazione di elevata durezza, resistenza all’usura e alla corrosione, esibendo al contempo uno dei valori di tenacità alla frattura più elevati tra tutti i materiali ceramici. Sono disponibili diversi gradi di zirconia, i più comuni dei quali sono la zirconia parzialmente stabilizzata con ittrio (Y-PSZ) e la zirconia parzialmente stabilizzata con magnesia (Mg-PSZ). Entrambi questi materiali offrono eccellenti proprietà. Tuttavia, l’ambiente operativo e il design determineranno quale grado può essere adatto per applicazioni specifiche. La sua elevata dilatazione termica e la sua esclusiva resistenza alla propagazione delle crepe lo rendono un materiale eccellente per l’unione con metalli come l’acciaio.

Vantaggi dei materiali

  • Utilizzare temperature fino a 1000°C
  • Bassa conduttività termica
  • Inerzia chimica
  • Resistenza ai metalli fusi
  • Resistenza all’usura
  • Elevata tenacità alla frattura
  • Elevata durezza

Applicazioni

  • Sfere e sedi per valvole a sfera per attrezzature ad alta pressione
  • Materiale di macinazione a sfere ad alta densità
  • Rulli e guide per la formatura dei metalli
  • Guide per fili e fili
  • Filiere per estrusione di metallo
  • Valvole e sedi per pozzi profondi
  • Stampi per compattazione polvere
  • Guarnizioni della pompa e cuscinetti dell’albero
  • Sensori di ossigeno
  • Suscettori per forni ad induzione ad alta temperatura
  • Membrane delle celle a combustibile

Gradi dei materiali

Esistono diversi metodi diversi utilizzati per produrre Zirconia. Ogni metodo produce materiali con proprietà leggermente diverse.

CeramaZirc Ultra resistente

CeramaZirc Ultra Tough è un materiale composito ceramico in zirconia avanzato basato su zirconia parzialmente stabilizzata e una struttura cristallina migliorata.

Proprietà generali

  • Utilizzare temperature fino a 1500°C
  • Sinterizzato a piena densità per una struttura priva di pori e un prezzo competitivo
  • Nessun compromesso tra resistenza alla flessione, durezza e tenacità alla frattura
  • Elevata tenacità alla frattura e resistenza agli urti, mantenendo valori superiori alla media per resistenza alla flessione e durezza
  • Indurimento mediante deflessione delle crepe fornito da una microstruttura unica in una matrice di zirconia parzialmente stabilizzata
  • Maggiore resistenza all’invecchiamento idrotermale grazie alla stabilizzazione parziale della Ceria

Applicazioni

  • Sfere e sedi per valvole a sfera per apparecchiature ad alta pressione: particolarmente adatte per applicazioni in cui sono presenti urti meccanici, impatti o vibrazioni
  • Elementi di pompaggio ad altissima pressione
  • Dispositivi di controllo del flusso per apparecchiature ad altissima pressione – steli e sedi per omogeneizzatori ad alta pressione
  • Valvole e sedi per pozzi profondi
  • Rulli e guide per la formatura dei metalli

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CeramaZirc Ultra Tough HIP

CeramaZirc Ultra Tough HIP è un materiale composito ceramico avanzato in zirconia basato su zirconia parzialmente stabilizzata e una struttura cristallina migliorata. È il composito più recente e resistente introdotto da Precision Ceramics.

Proprietà generali

  • Utilizzare temperature fino a 1500°C
  • Pressatura isostatica a caldo (HIP) per resistenza e affidabilità superiori
  • Nessun compromesso tra resistenza alla flessione, durezza e tenacità alla frattura
  • Elevata tenacità alla frattura e resistenza agli urti, mantenendo valori superiori alla media per resistenza alla flessione e durezza
  • Indurimento mediante deflessione delle crepe fornito da una microstruttura unica in una matrice di zirconia parzialmente stabilizzata
  • Maggiore resistenza all’invecchiamento idrotermale grazie alla stabilizzazione parziale della Ceria

Applicazioni

  • Sfere e sedi per valvole a sfera per apparecchiature ad alta pressione: particolarmente adatte per applicazioni in cui sono presenti urti meccanici, impatti o vibrazioni
  • Elementi di pompaggio ad altissima pressione
  • Dispositivi di controllo del flusso per apparecchiature ad altissima pressione – steli e sedi per omogeneizzatori ad alta pressione
  • Valvole e sedi per pozzi profondi
  • Rulli e guide per la formatura dei metalli

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CeramaZirc 3YZ

La zirconia parzialmente stabilizzata con ittrio ad alta purezza al 3% in moli (3YSZ) ha una struttura a grana più fine che garantisce proprietà meccaniche più elevate. L’aumentata uniformità delle dimensioni della grana garantisce una migliore isotropia delle proprietà.

Proprietà generali

  • Utilizzare temperature fino a 1000°C
  • Bassa conduttività termica
  • Inerzia chimica
  • Resistenza ai metalli fusi
  • Resistenza all’usura
  • Elevata tenacità alla frattura
  • Elevata durezza

Applicazioni

  • Sfere e sedi per valvole a sfera per apparecchiature ad alta pressione: particolarmente adatte per applicazioni in cui sono presenti urti meccanici, impatti o vibrazioni
  • Elementi di pompaggio ad altissima pressione
  • Dispositivi di controllo del flusso per apparecchiature ad altissima pressione – steli e sedi per omogeneizzatori ad alta pressione
  • Valvole e sedi per pozzi profondi
  • Rulli e guide per la formatura dei metalli

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CeramaZirc Nano HIP

La zirconia parzialmente stabilizzata con ittrio (3YSZ) al 3 mol % di purezza più elevata con struttura a grana ultrafine garantisce prestazioni eccezionali. Densificata alla massima densità teorica tramite pressatura isostatica a caldo (HIP) per un’affidabilità eccezionale.

Proprietà generali

  • Utilizzare temperature fino a 1000°C
  • Bassa conduttività termica
  • Inerzia chimica
  • Resistenza ai metalli fusi
  • Resistenza all’usura
  • Elevata tenacità alla frattura
  • Elevata durezza

Applicazioni

  • Sfere e sedi per valvole a sfera per apparecchiature ad alta pressione: particolarmente adatte per applicazioni in cui sono presenti urti meccanici, impatti o vibrazioni
  • Elementi di pompaggio ad altissima pressione
  • Dispositivi di controllo del flusso per apparecchiature ad altissima pressione – steli e sedi per omogeneizzatori ad alta pressione
  • Valvole e sedi per pozzi profondi
  • Rulli e guide per la formatura dei metalli

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Proprietà del materiale

Proprietà generali

Proprietà Unità Ultra resistente HIP ultra resistente 3YZ Nano HIP
Composizione Yttria stabilizzata Yttria stabilizzata Yttria stabilizzata Yttria stabilizzata
Colore Grigio Marrone / Arancione Avorio Grigio

Proprietà meccaniche

 

Proprietà Unità Ultra resistente HIP ultra resistente 3YZ Nano HIP
Densità g/cm3 5.7 5.7 6.05 6.07
Modulo di Young Media dei voti 200 200 200 200
Tenacità alla frattura K IC MPa m 1/2 17 17 8 8
Rapporto di Poisson 0.30 0.30 0.30 0.30
Resistenza alla compressione MPa 2000 2000 2000 2100
Resistenza alla flessione MPa 1000 1000 1200 1400
Durezza
Media dei voti 13 13 13.5 14.5

Proprietà termiche

Proprietà Unità Ultra resistente HIP ultra resistente 3YZ Nano HIP
Temperatura massima (inerte) 1 °C 1500 1500 1000 1000
Temperatura di ebollizione 2 25°C ➞ 400°C 10-6/K 10 10 10 10
Conduttività termica a 25°C W/m2K 3 3 2 2
Resistenza allo shock termico ΔT °C 250 250 250 250

1 Nessun carico

2 Il coefficiente di dilatazione termica (CTE) descrive come le dimensioni di un oggetto cambiano al variare della temperatura.

Disclaimer: I valori presentati sono medi e tipici di quelli risultanti da campioni di prova. Sono forniti solo come indicazione per servire come guida nella progettazione di componenti ceramici e non sono garantiti in alcun modo. I valori effettivi possono variare in base alla forma e alle dimensioni del componente previsto.

Schede tecniche

Zirconia CeramaZirc Ultra Tough Brand Image

Zirconia

CeramaZirc Ultra resistente

Zirconia CeramaZirc Ultra Tough HIP Brand Image

Zirconia

CeramaZirc Ultra Tough HIP

Zirconia CeramaZirc 3YC Brand Image

Zirconia

CeramaZirc 3YZ

Zirconia CeramaZirc Nano HIP Brand Image

Zirconia

CeramaZirc Nano HIP

Lavorazione della zirconia

La zirconia può essere lavorata in stato verde, biscotto o completamente denso. Mentre è nella forma verde o biscotto, può essere lavorata relativamente facilmente in geometrie complesse. Tuttavia, il processo di sinterizzazione necessario per densificare completamente il materiale fa sì che il corpo di zirconia si restringa di circa il 20%. Questo restringimento significa che è impossibile mantenere tolleranze molto strette durante la lavorazione della zirconia prima della sinterizzazione. Per ottenere tolleranze molto strette, il materiale completamente sinterizzato deve essere lavorato/levigato con utensili diamantati. In questo processo di produzione, viene utilizzato un utensile/mola diamantata molto preciso per abradere il materiale fino a creare la forma desiderata. A causa della tenacità e durezza intrinseche del materiale, questo può essere un processo lungo e costoso. Precision Ceramics è il tuo specialista nella lavorazione della zirconia per le tue esigenze avanzate di prototipazione e produzione di ceramica. Utilizziamo i nostri molti anni di esperienza nella ceramica tecnica per fornire consulenza su materiali, progettazione e applicazione. Se desideri acquistare piastre, barre, tubi o componenti lavorati su misura in zirconia, contattaci e uno dei nostri esperti sarà lieto di aiutarti.

CeramaZirc Ultra resistente

CeramaZirc Ultra Tough è un materiale composito ceramico avanzato a base di zirconia, costituito da piastrine di zirconia e allumina parzialmente stabilizzate, ed è il composito più recente e resistente introdotto da Precision Ceramics.

Domande frequenti

  • A cosa può servire la ceramica di zirconia?
    • Stampi per la formatura/trafilatura del filo
    • Anelli isolanti nei processi termici
    • Alberi e assi di precisione in ambienti ad alta usura
    • Tubi di processo del forno
    • Pastiglie antiusura
    • Tubi di protezione per termocoppie
    • Ugelli per sabbiatura
    • Materiale refrattario
    • Filiere di estrusione
    • Boccole e tappi
    • Crogiolo per mobili da forno
    • Ghiere e manicotti in fibra ottica
    • Coltelli e lame
    • Parti di celle a combustibile
    • Cuscinetti e rulli
    • Ugelli e perni per saldatura
    • Parti laser
    • Accenditori a gas
    • Isolante elettrico
    • Guide in ceramica
    • Sensori di ossigeno
    • Componente medica e chirurgica
    • Tenute meccaniche
    • Pompe, pistoni e camicie
  • Qual è la differenza tra zirconia stabilizzata con ittrio e zirconia stabilizzata con magnesia?

    Sebbene Y-PSZ sia eccellente per applicazioni meccaniche impegnative, potrebbe non essere adatto per applicazioni a temperature molto elevate perché soffre di scorrimento del bordo del grano; ciò si verifica quando un’esposizione prolungata al calore fa sì che il materiale si trasformi dalla forte fase tetragonale alla più debole fase monoclina. Allo stesso modo, potrebbe non essere adatto a condizioni calde e umide poiché le sue proprietà si deteriorano quando è esposto al vapore acqueo. YSZ è quindi più adatto quando funziona in condizioni di temperatura secca e moderata. Per maggiori informazioni sull’invecchiamento idrotermale della zirconia, contattaci.
    M-PSZ ha migliori proprietà di resistenza alla temperatura e all’umidità perché non soffre di migrazione di fase. M-PSZ mantiene la sua resistenza anche in ambienti umidi ad alta temperatura dove le proprietà meccaniche di YSZ iniziano a deteriorarsi.

  • Quali sono le proprietà della zirconia?

    Di seguito sono riportate alcune proprietà generali della ceramica Zirconia. Per un elenco completo e un confronto delle proprietà Zirconia, vedere la nostra tabella di confronto delle proprietà Zirconia .

    • Alta densità – fino a 6,1 g/cm^3
    • Elevata resistenza alla flessione e durezza
    • Eccellente tenacità alla frattura – resistente agli urti
    • Temperatura massima di utilizzo elevata
    • Resistente all’usura
    • Buon comportamento di attrito
    • Isolante elettrico
    • Bassa conduttività termica – circa 10% di allumina
    • Resistenza alla corrosione in acidi e alcali
    • Modulo di elasticità simile all’acciaio
    • Coefficiente di dilatazione termica simile al ferro
  • Cos'è la ceramica di zirconia?

    La zirconia è una ceramica tecnica molto resistente, con eccellenti proprietà di durezza, tenacità alla frattura e resistenza alla corrosione; il tutto senza la proprietà più comune della ceramica: l’elevata fragilità. A differenza delle ceramiche tradizionali che tendono a essere dure e fragili, la zirconia offre elevata resistenza, resistenza all’usura e flessibilità ben superiori a quelle della maggior parte delle altre ceramiche tecniche.


    Sono disponibili diversi gradi di Zirconia, i più comuni dei quali sono Yttria Partially Stabilized Zirconia (Y-PSZ) e Magnesia Partially Stabilized Zirconia (Mg-PSZ). Entrambi questi materiali offrono eccellenti proprietà, tuttavia, l’ambiente operativo e la geometria della parte determineranno quale grado potrebbe essere adatto per applicazioni specifiche (maggiori informazioni di seguito). La sua resistenza unica alla propagazione delle crepe e l’elevata dilatazione termica lo rendono un materiale eccellente per unire ceramiche con metalli come l’acciaio. Grazie alle proprietà uniche della Zirconia, a volte viene definita “acciaio ceramico”.

  • Qual è la differenza tra zirconia, allumina e allumina rinforzata con zirconia (CeramAlloy)?

    Mentre lo zirconia ha la più elevata tenacità alla frattura tra tutti i materiali ceramici monolitici in ossido, l’allumina è uno dei materiali ceramici più convenienti, pur presentando un’elevata durezza, stabilità termica e proprietà elettriche favorevoli. CeramAlloy ZTA è un materiale composito a base di allumina e zirconia, che combina quindi in una certa misura le proprietà favorevoli dei due costituenti principali. CeramAlloy ZTA manterrà quindi l’elevata durezza dell’allumina ma mostrerà anche un aumento della tenacità alla frattura e della resistenza alla flessione grazie al suo componente di zirconia, rappresentando così un vero e proprio “meglio dei due mondi”.