Aplicaciones de la cerámica de circonio
1. Materiales refractarios de circonio
El óxido de circonio se ha utilizado en el campo de los materiales refractarios desde principios de la década de 1920 y todavía ocupa un lugar en el campo de los materiales refractarios. .
Crisol de óxido de circonio
Como se mencionó anteriormente, el punto de fusión del circonio es tan alto como 2700 °C. Incluso si se calienta por encima de 1900 °C, no reaccionará. aluminio fundido, hierro, níquel, platino, etc. Los metales, silicatos y escoria ácida reaccionan, por lo que los crisoles hechos de circonio pueden fundir con éxito platino, paladio, rutenio, cesio y otros metales preciosos del grupo del platino y sus aleaciones, y también pueden usarse para Derretir potasio, sodio, vidrio estacional, óxidos y sales.
Fibra refractaria de óxido de circonio
La fibra de óxido de circonio es el único material refractario de fibra cerámica que se puede utilizar durante mucho tiempo en ambientes de temperaturas ultraaltas superiores a 1600 °C. En comparación con la fibra de alúmina, la fibra de mullita y la fibra de silicato de aluminio, tiene una temperatura de funcionamiento más alta y un mejor rendimiento de aislamiento térmico. Tiene propiedades químicas estables a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, antioxidación, no volatilidad y no contamina. Estas excelentes características determinan que la fibra de circonio sea una fibra refractaria de alta calidad. La tecnología de fibra de circonio desarrollada por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Nanjing ha logrado un proceso de preparación relativamente maduro.
Material para hornos de óxido de circonio
Como material refractario, el circonio se utiliza principalmente en piezas clave de grandes hornos con tanque de vidrio. El contenido de circonio en los materiales refractarios de circonio utilizados al principio era sólo del 33% al 35%. Asahi Glass Co., Ltd. de Japón ha desarrollado con éxito un material refractario de circonio que contiene entre un 94% y un 95% de circonio, que se ha utilizado en la parte superior y en las partes clave de los hornos de vidrio, ampliando enormemente la vida útil de los hornos de vidrio.
Se obtienen bolas huecas de óxido de circonio de diferentes tamaños fundiendo y soplando circonio, y se preparan varios ladrillos aislantes térmicos de alta calidad, lo que evita el problema de la contaminación por polvo tras el envejecimiento de las fibras cerámicas. Los principales fabricantes incluyen China Iron and Steel Research and Technology Group Co., Ltd. (anteriormente Instituto General de Investigación del Hierro y el Acero), etc.
2. Cerámica estructural de circonio
En 1975, el australiano R.G Garvie preparó circonio parcialmente estabilizado utilizando óxido de calcio como estabilizador y utilizó por primera vez la transformación de fase martensítica del circonio para aumentar la calidad. El efecto de tenacidad mejora la tenacidad y la resistencia, lo que amplía enormemente la aplicación del circonio en el campo de la cerámica estructural.
Las cerámicas endurecidas con óxido de circonio en realidad estabilizan parcialmente el circonio añadiendo diferentes estabilizadores. La estructura cristalina determinada por las cerámicas endurecidas con ZrO_2 es una estructura policristalina con la fase tetragonal (fase metaestable) como cuerpo principal y coexistiendo la fase cúbica y la fase monoclínica. Tiene las características de alta tenacidad, alta resistencia a la flexión, alta dureza y resistencia al desgaste, y también muestra una amplia gama de aplicaciones. Tiene amplias perspectivas de aplicación en los campos de maquinaria, electrónica, petróleo, industria química, aeroespacial, textil, instrumentos de medición de precisión, máquinas herramienta de precisión, bioingeniería y equipos médicos.
La circona parcialmente estabilizada tiene baja conductividad térmica, buena resistencia y tenacidad, bajo módulo elástico, alta resistencia al choque térmico y alta temperatura de funcionamiento (1100 °C), por lo que se utiliza para fabricar piezas de motores diésel y componentes internos. Piezas del motor de combustión. Es de tamaño pequeño, liviano y tiene una alta eficiencia térmica, lo que lo convierte en un motor eficaz para ahorrar energía. La aplicación de cerámicas endurecidas con circonio en motores de combustión interna tiene éxito. El objetivo del programa estadounidense de motores adiabáticos es eliminar el sistema de refrigeración por agua y la cámara de combustión adiabática, utilizar la energía térmica del escape para mejorar la eficiencia térmica y reducir el peso del motor. En los motores de combustión interna adiabáticos, el circonio dúctil también se utiliza como camisas de cilindros, coronas de pistones, guías de válvulas, asientos de válvulas de admisión y escape, cojinetes, elevadores, levas, seguidores de levas y anillos de pistón. La eficiencia térmica de los motores de combustión interna con aislamiento cerámico ha alcanzado el 48% (los motores de combustión interna convencionales son del 30%). El motor de combustión interna con aislamiento cerámico elimina 360 piezas como radiadores, bombas de agua, tuberías de refrigeración, etc., y reduce el peso en 191\3199;. Las cerámicas templadas se utilizan como rotores en motores de cilindros giratorios. Japón, Estados Unidos, Alemania y otros países tecnológicamente desarrollados utilizan circonita resistente para fabricar motores. También se utiliza en la fabricación de componentes de accionamiento de computadoras, sellos, aspas de enfriamiento de motores de aviones, etc.
El circonio parcialmente estabilizado tiene una alta dureza y resistencia al desgaste, por lo que el circonio se utiliza ampliamente en el campo de los medios de molienda y abrasivos, como bolas de molinos de bolas, revestimientos de molinos de bolas y piezas resistentes al desgaste, y matrices de trefilado. . esperar. En China, las cerámicas resistentes representan más de la mitad del campo de molienda y las bolas de circonio tienen una ventaja absoluta.
El óxido de circonio no es magnético, no conductor, no se oxida y es resistente al desgaste, por lo que se utiliza ampliamente en el campo de instrumentos y herramientas biomédicos, como bisturíes médicos, tijeras de cinta y otros productos. con sustancias magnéticas, fabricando huesos artificiales, articulaciones artificiales, dientes artificiales, etc.
Recientemente, el ZrO2_2 parcialmente estabilizado se ha utilizado para preparar cajas de relojes antimagnéticos, relojes resistentes a la corrosión y otros instrumentos mediante pulvimetalurgia. Se utiliza para fabricar cuchillos de cocina, tijeras, destornilladores, martillos, sierras, hachas, etc. , más adecuado para cortar alimentos crudos y cocidos. Recientemente, Japón desarrolló una herramienta cerámica endurecida con óxido de cerio y circonio. Utilice óxido de cerio en lugar de cermet como estabilizador. La tenacidad a la fractura es 3 veces mayor que la del metal y la capacidad de corte aumenta 1,5 veces. Ceo_2-ZrO_2 puede formar una región de fase de solución sólida de circonio tetragonal en un amplio rango. ¿La fracción molar agregada es 15 ~ 20? El O2 puede reducir la temperatura de transición de fase de la circona tetragonal por debajo de 25 °C. Utilizado en el ejército para fabricar armaduras antibalas, etc. Los rodillos cerámicos y los rodillos guía utilizados en la industria siderúrgica experimentan muy poco desgaste superficial.
Como nuevo campo de aplicación del circonio, la cerámica estructural ha atraído cada vez más atención. En la actualidad, el 70% de las empresas de mi país se han transformado desde la industria cerámica de circonio-alúmina. La aplicación de circonio parcialmente estabilizado en el mercado chino se encuentra en la etapa inicial de desarrollo. Incluyen principalmente: conectores y manguitos de fibra óptica, medios de molienda de circonio, herramientas de corte, placas de carga para maquinaria textil y de tabaco, etc. Entre ellos, los medios de molienda representan más de la mitad. El volumen total del mercado es de 300~400 toneladas/año, de las cuales la circonia utilizada para casquillos, manguitos y puentes de conectores de fibra óptica es de 80~100 toneladas/año. Durante mucho tiempo, la tecnología de producción de algunas circonas estabilizadas en mi país ha sido imperfecta, la calidad del producto no es alta y el rendimiento del polvo no es bueno. Además, la tecnología de procesamiento del siguiente cliente falló, por lo que todos los usuarios simplemente la probaron y no pudieron usarla normalmente. Por lo tanto, la mayor parte del polvo bruto de este producto lo ocupan productos japoneses, especialmente algunas industrias de alta gama, como conectores de fibra óptica y cerámicas estructurales avanzadas, que casi todas se fabrican en Japón.
Conectores de fibra óptica y jumpers de fibra óptica:
Los conectores de fibra óptica y jumpers de fibra óptica fabricados en cerámica son los componentes ópticos pasivos más utilizados y exigentes en las redes de fibra óptica. La parte central del conector de fibra óptica extraíble multimodo monomodo, el componente principal, el manguito cerámico de circonio (el pasador de precisión del conector), está hecho de polvo de circonio tetragonal estabilizado con óxido de itrio Y2O3. Sus principales usos son:
Rodamientos cerámicos de óxido de circonio
Los rodamientos cerámicos de óxido de circonio tienen resistencia de aislamiento magnético y eléctrico, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, autolubricantes sin aceite, resistencia a altas temperaturas. , y resistencia al frío y otras características, se pueden utilizar en entornos extremadamente hostiles y condiciones de trabajo especiales.
Actualmente, los rodamientos cerámicos de circonio se han utilizado en microventiladores de refrigeración, y la vida útil del producto y la estabilidad del ruido son superiores a los sistemas tradicionales de rodamientos deslizantes y de bolas. Foxconn fue el primero en utilizar rodamientos cerámicos de circonio en ventiladores de refrigeración de computadoras.
Válvula de cerámica de óxido de circonio
En la actualidad, las válvulas metálicas se utilizan comúnmente en diversas industrias en mi país. Las válvulas metálicas se han utilizado durante más de 100 años. Aunque los materiales y estructuras han cambiado durante este período, debido a las limitaciones de los materiales metálicos, el daño por corrosión del metal tiene un impacto considerable en la duración, confiabilidad y vida útil de la resistencia al desgaste de la válvula. Los factores mecánicos y de corrosión han aumentado considerablemente el contacto. superficie de desgaste total. Durante el funcionamiento de la válvula, las superficies de fricción se desgastan y destruyen debido a la acción mecánica simultánea y a las interacciones químicas o electroquímicas entre el metal y el medio ambiente. Para las válvulas, el entorno de trabajo de las tuberías es complejo. La presencia de sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono y algunos ácidos orgánicos en el petróleo, el gas natural y el agua de los yacimientos aumenta el poder destructivo de sus superficies, lo que resulta en una rápida pérdida de capacidad de trabajo.
Las válvulas cerámicas de óxido de circonio tienen una excelente resistencia al desgaste, a la corrosión y al choque térmico a altas temperaturas, y están calificadas para trabajar en este campo.
Abrasivos de óxido de circonio
Las bolas de molienda de óxido de circonio tienen las ventajas de una alta dureza, una baja tasa de desgaste y una larga vida útil, lo que puede reducir en gran medida la contaminación de las materias primas de molienda y garantizar la calidad del producto. . Al mismo tiempo, cuando se utiliza como medio de molienda, el material de circonio tiene una alta densidad y una fuerte energía de impacto, lo que puede mejorar en gran medida la eficiencia de molienda y dispersión y acortar efectivamente el tiempo de molienda.
Una buena estabilidad química determina su resistencia a la corrosión y puede utilizarse tanto en medios ácidos como alcalinos.
Las bolas de molienda de cerámica de circonio desarrolladas por la Academia China de Ciencias de Materiales de Construcción tienen una tasa de desgaste de solo 0,04/24 h y se utilizan ampliamente como medios de molienda para molinos de bolas, molinos vibratorios, molinos planetarios y molinos agitadores. .
3. Cerámica funcional de circonio
Bolas de cerámica de óxido de circonio para bolígrafos
China es un gran país fabricante de bolígrafos, y en él se fabrican 4 de cada 5 bolígrafos. El mundo procedente de China ha formado un mercado de casi 80 mil millones de yuanes al año.
En términos generales, las bolas utilizadas en los bolígrafos están hechas principalmente de acero inoxidable y carburo de tungsteno, pero estas bolas a menudo se rompen, se caen, mueren y se sumergen durante el proceso de escritura. En la actualidad, el circonio para bolígrafos es desarrollado conjuntamente por Hebei Yongda New Materials Co., Ltd. y el Laboratorio Estatal Clave de Nuevas Cerámicas y Nuevas Tecnologías de la Universidad de Tsinghua.
Herramientas cerámicas de óxido de circonio
Las herramientas cerámicas de óxido de circonio tienen las características de alta resistencia, resistencia al desgaste, no oxidación, resistencia a ácidos y álcalis, antiestática y sin reacción. con comida. Al mismo tiempo, es la herramienta verde de alta tecnología ideal en el mundo. Actualmente los principales productos del mercado son: cuchillos de mesa de cerámica de circonio, tijeras, navajas, bisturíes, etc. , que se ha vuelto popular en Europa, Estados Unidos, Japón y Corea del Sur en los últimos años.
Material calefactor de alta temperatura de óxido de circonio
El óxido de circonio es un material aislante a temperatura ambiente, con una resistividad de hasta 1015ω·cm. Puede conducir electricidad cuando la temperatura aumenta a 600°C, pero es un buen conductor por encima de 1000°C. Se puede utilizar como elemento calefactor de alta temperatura de 1800 ℃ y la temperatura máxima de trabajo puede alcanzar los 2400 ℃. Se ha utilizado con éxito desde el año 2000.
Material biocerámico de óxido de circonio
Los dientes de porcelana de óxido de circonio son los nobles de la familia de los dientes de porcelana, y su calidad incide directamente en la salud de los pacientes. Debido a que las coronas internas de los dientes de porcelana están hechas de diferentes materiales metálicos, las coronas internas de metal son propensas a reacciones de oxidación con la saliva oral. Dado que los dientes de porcelana de circonio no tienen coronas de metal, los dientes tienen buena transparencia y excelente brillo, evitando eficazmente problemas como la sensibilidad dental y las líneas negras de las encías. y tiene suficientes capacidades de enmascaramiento de color. Puede satisfacer perfectamente las necesidades cosméticas de los pacientes con dientes graves de tetraciclina. La resistencia y dureza del circonio compensan las deficiencias de los dientes de porcelana comunes. Tiene buena biocompatibilidad, no irrita la mucosa oral y es fácil de limpiar. Actualmente es el diente de porcelana de mayor calidad a nivel nacional y extranjero.
Materiales de recubrimiento de óxido de circonio
Los materiales de recubrimiento cerámico de barrera térmica de óxido de circonio estabilizados por Y2O3 de alto rendimiento y otros estabilizadores se utilizan principalmente en motores aeronáuticos de turbina de alto rendimiento.
Materiales de comunicación de óxido de circonio
En los últimos años, con el desarrollo de industrias emergentes como la información y las comunicaciones, sus productos se están desarrollando cada vez más hacia la alta precisión y la miniaturización. Las cerámicas de circonio endurecido son competitivas en este campo debido a sus excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y altas propiedades de aislamiento. En la actualidad, se han lanzado al mercado pasadores de cerámica de circonio y manguitos de cerámica de circonio. El cuerpo del pasador de circonio es un componente clave del conector móvil de fibra óptica de cerámica para PC.
Sensor de oxígeno de óxido de circonio
En la industria automotriz, los sensores de oxígeno son esenciales para los motores que utilizan convertidores catalíticos de tres vías para reducir las emisiones contaminantes. Actualmente se utilizan dos tipos de sensores de oxígeno: el tipo de óxido de titanio y el tipo de óxido de circonio. Entre ellos, el tipo de óxido de circonio es el sensor de oxígeno más utilizado.
Ya a mediados de la década de 1970, la tecnología de producción de automóviles en Japón estaba completa, pero era difícil ingresar al mercado estadounidense. Sin embargo, Estados Unidos ha formulado nuevas políticas para limitar la contaminación de los gases de escape de los vehículos, lo que ha traído oportunidades a Japón. Los científicos japoneses convirtieron el circonio en un sensor de oxígeno poroso y lo instalaron en el motor para detectar automáticamente la proporción de oxígeno al gas de combustión y controlar automáticamente la proporción del gas de entrada al gas de escape, reduciendo así en gran medida los gases nocivos emitidos por los automóviles y haciendo que los automóviles japoneses sean populares. de un solo golpe.
4. Materiales decorativos de circonio
La cerámica decorativa tradicional está hecha de materiales con sistemas de silicato ordinarios, como jarrones, tableros de dibujo de cerámica, paredes de cerámica, azulejos decorativos para interiores y exteriores, etc. Los materiales decorativos de circonio han creado un nuevo campo para que los humanos se embellezcan. Actualmente se utiliza principalmente para accesorios sencillos y accesorios con ambas funciones de aplicación.
Material de gema de óxido de circonio
El material de gema de óxido de circonio se divide en circonita cúbica natural y circonita cúbica sintética.
La circonita cúbica natural es extremadamente difícil de encontrar en su estado natural, lo que determina que sea un material gema poco común. La circonita cúbica formada naturalmente es muy rica en color. El precio de piezas grandes de circonita natural de alta calidad nunca es más bajo que el del mismo diamante. Es una piedra preciosa natural muy rara y preciosa.
La circonita cúbica artificial tiene buenas propiedades ópticas y es una alternativa barata y hermosa a los diamantes.
Joyas de cerámica de óxido de circonio
En la actualidad, existen principalmente los siguientes tipos de joyas de cerámica de circonio:
(1) Joyas de plata con incrustaciones de circonio. Los tipos de circonio son muchos, incluidos el circonio, el circonio industrial, el circonio de alta pureza, el circonio estable, el circonio ultrafino, la arena de circonio, el polvo de circonio, etc. Las joyas bañadas en plata de rodio con circonitas cúbicas son especialmente populares entre los clientes europeos.
(2) Los accesorios de circonita pura son un tipo de producto que está emergiendo silenciosamente en el mercado de la cerámica decorativa. Los fabricantes nacionales de cerámica siempre han estado a la vanguardia de la industria en el proceso de desarrollo y venta de dichos productos, y el gobierno también concede gran importancia a esta industria. En 2006, se desarrollaron cerámicas estructurales de circonio coloreado en un proyecto financiado por el Fondo de Innovación Tecnológica de Pequeñas y Medianas Empresas de Ciencia y Tecnología de Beijing. Hay casi 300 nuevos tipos de accesorios cerámicos en el mercado. Incluye varios estilos nuevos y colores brillantes, y estos productos tienen un buen mercado en Europa, Estados Unidos, Japón, China y Hong Kong, especialmente en Europa.
(3) Los accesorios con funciones de aplicación son productos típicos: cajas de relojes de cerámica, biseles, correas de relojes y otros productos de marcas de renombre internacional como Chanel/Chanel, RADO/Radar, etc., todos tienen estilos de cerámica. y Caro.
5. Otras aplicaciones del circonio
Utilizar el circonio para formar materiales multifásicos
Materiales compuestos formados mediante combinación con otros materiales, como circonio y alúmina. mullita y otros materiales, se han obtenido nuevos materiales con mejores propiedades que los materiales monofásicos.
Aditivos cerámicos habituales
Aplicación del esmalte cerámico: La circonita es un buen aditivo para los pigmentos de color amarillo verdoso. Si desea obtener un pigmento amarillo vanadio y circonio con mejor rendimiento, debe elegir óxido de circonio puro. Además, en la producción de esmalte, la circona pura puede aumentar la viscosidad del esmalte a alta temperatura, ampliar el rango de temperatura del cambio de viscosidad a alta temperatura y tiene una buena estabilidad térmica. Cuando su contenido es del 2% al 3%, puede mejorar la resistencia al agrietamiento del esmalte. Debido a su alta inercia química, puede mejorar el esmalte.
Preparación de materias primas de cromato
El circonato de circonio se produce haciendo reaccionar dióxido de circonio con algunos óxidos metálicos o carbonatos metálicos. Estas sales de óxidos metálicos o carbonatos metálicos son estructuras macromoleculares con diversas propiedades eléctricas y. Se utilizan en alta temperatura, componentes electrónicos y otros campos.