Износостойкая керамика из диоксида циркония — промышленные компоненты для насосов, клапанов, режущих инструментов и текстильных машин
Керамика из диоксида циркония обеспечивает наилучшее сочетание твёрдости, трещиностойкости и износостойкости среди оксидной керамики, что делает её предпочтительным материалом для промышленных компонентов, работающих в абразивных, коррозионных условиях или при высоких контактных напряжениях. SEMITECH поставляет порошки зиркония Y-TZP и Mg-PSZ, необходимые производителям износостойких компонентов в качестве сырья.
Марки диоксида циркония для износостойких применений
Две системы стабилизированного диоксида циркония доминируют в промышленных износостойких применениях:
Y-TZP (тетрагональный поликристаллический диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия): стабилизация 3 mol% Y₂O₃. Обеспечивает наибольшую прочность на изгиб (900–1200 МПа) и трещиностойкость (6–10 МПа·м½) среди оксидной керамики. Предпочтителен для компонентов, подвергающихся ударным нагрузкам или термоудару.
Mg-PSZ (частично стабилизированный оксидом магния диоксид циркония): стабилизация 8–10 Wt% MgO. Формирует более крупнозернистую микроструктуру с метастабильными тетрагональными выделениями в кубической матрице. Твёрдость немного ниже, чем у Y-TZP, но более высокая термоударная стойкость. Используется для более крупных компонентов.
Сравнение скоростей износа
| Материал | Твёрдость по Виккерсу (HV) | Трещиностойкость (МПа·м½) | Относительная скорость износа | Плотность (g/cm³) |
|---|---|---|---|---|
| Цирконий Y-TZP | 1200–1300 | 6–10 | 1.0 (эталон) | 6.05 |
| Цирконий Mg-PSZ | 1000–1100 | 8–12 | 1.5–2.0 | 5.75 |
| Корунд 99.5% (Al₂O₃) | 1500–1700 | 3–4 | 10–50 | 3.90 |
| Карбид кремния (SiC) | 2200–2500 | 3–4 | 0.5–1.0 | 3.15 |
| Карбид вольфрама (WC-Co) | 1300–1600 | 10–15 | 0.3–0.8 | 14.5 |
Примечание: Относительные скорости износа являются ориентировочными и существенно зависят от геометрии контакта, смазки, абразивной среды и температуры.
▶Show full content (4 sections)
Детали применения
Уплотнения и плунжеры насосов
Компоненты насосов из диоксида циркония стандартны в химической промышленности, пищевой/напиточной и фармацевтической перекачке. Уплотнительные поверхности Y-TZP достигают шероховатости Ra <0.05 μm. Химическая инертность ZrO₂ (стойкость ко всем кислотам, кроме HF) устраняет ускоренный коррозией износ.
Седла и шары клапанов
В шаровых и задвижных клапанах с тяжёлым режимом работы, перекачивающих абразивные суспензии, компоненты клапанов из диоксида циркония обеспечивают срок службы в 5–20 раз больше, чем закалённая нержавеющая сталь. Mg-PSZ предпочтителен для крупных корпусов клапанов (>50 mm).
Сменные режущие пластины
Режущие пластины из упрочнённого цирконием корунда (ZTA) — как правило, 80% Al₂O₃ + 20% ZrO₂ — сочетают горячую твёрдость корунда с упрочнением диоксидом циркония. Пластины из чистого Y-TZP применяются для чистовой обработки цветных металлов и пластиков.
Нитеводители и глазки текстильных машин
Нитеводители из диоксида циркония в высокоскоростных прядильных, текстурирующих и ткацких машинах противостоят абразивному износу от нитей синтетических волокон (полиэстер, нейлон, арамид), движущихся со скоростью 500–2000 м/мин. Срок службы, как правило, в 10–30 раз больше, чем у алюминиевых нитеводителей.
Технические характеристики — Y-TZP для износостойких компонентов
| Свойство | Единица | Типовое значение | Стандарт испытания |
|---|---|---|---|
| Содержание ZrO₂ + HfO₂ | Wt% | ≥94.5 | — |
| Содержание Y₂O₃ | Wt% | 5.15 ± 0.20 | — |
| Плотность после спекания | g/cm³ | ≥6.00 | ASTM C373 |
| Твёрдость по Виккерсу (HV10) | HV | 1200–1300 | ASTM C1327 |
| Трещиностойкость (K_IC) | МПа·м½ | 6–10 | ASTM C1421 |
| Прочность на изгиб (4 точки) | МПа | ≥900 | ASTM C1161 |
| Модуль упругости | ГПа | 200–210 | — |
| Теплопроводность | Вт/(м·К) | 2.0–3.0 | — |
| Макс. рабочая температура | °C | 900 (на воздухе) | — |
Почему SEMITECH
С учётом доминирующей доли Tosoh Corporation (Япония) в мировых поставках высокочистого стабилизированного порошка диоксида циркония производители износостойких компонентов сталкиваются как с ценовыми премиями, так и с риском ограничения поставок. SEMITECH поставляет порошки Y-TZP и Mg-PSZ китайского производства на 25–35% ниже цен японского импорта с полной документацией CoA по каждой партии.
Сопутствующие продукты
- Порошок ZrO₂ 3Y-TZP — стандартное сырьё Y-TZP
- Мелющие шары из диоксида циркония — готовые износостойкие мелющие тела
- Нано-диоксид циркония — ультрадисперсный порошок для ZTA-композитов