Zirkónia keramika, známa tiež ako keramika oxidu zirkónia, získala v rôznych odvetviach významnú popularitu v dôsledku ich výnimočných vlastností vrátane vysokej sily, tvrdosti a vynikajúcej odolnosti proti korózii. Ako popredný dodávateľ zirkónnej keramiky často dostávam otázky o tom, ako tieto materiály odolávajú korózii. V tomto blogovom príspevku sa ponorím do mechanizmov, ktoré stoja za koróznou odolnosťou keramiky zirkónia a preskúmam faktory, ktoré prispievajú k ich vynikajúcemu výkonu.
Porozumenie korózii
Predtým, ako budeme diskutovať o tom, ako zirkónia keramika odoláva korózii, je nevyhnutné pochopiť, čo je korózia a ako sa vyskytuje. Korózia je prírodný proces, ktorý zahŕňa zhoršenie materiálu kvôli jeho reakcii s jeho prostredím. Táto reakcia môže byť chemická alebo elektrochemická a často vedie k degradácii vlastností materiálu, ako je sila, tvrdosť a vzhľad.
Korózia sa môže vyskytnúť v rôznych formách, vrátane rovnomernej korózie, korózie jamiek, korózie trhliny a praskania korózie stresu. Typ korózie, ku ktorej dochádza, závisí od niekoľkých faktorov vrátane zloženia materiálu, prostredia, ktorému je vystavené, a prítomnosti akýchkoľvek kontaminantov alebo nečistôt.
Mechanizmy odolnosti proti korózii v zirkónii keramiky
Keramika zirkónia vykazuje vynikajúcu odolnosť proti korózii v dôsledku niekoľkých mechanizmov vrátane ich chemickej stability, tvorby pasívneho filmu a vysokej odolnosti voči chemickému útoku. Pozrime sa bližšie na každý z týchto mechanizmov.
Chemická stabilita
Keramika zirkónia sú chemicky stabilné materiály, ktoré sú odolné voči väčšine chemických látok vrátane kyselín, báz a organických rozpúšťadiel. Táto chemická stabilita je spôsobená silnými iónovými väzbami medzi atómami zirkónia a kyslíkom v keramickej štruktúre, čo sťažuje iným chemickým druhom reagovať s materiálom.
Keramika zirkónia má navyše vysoký bod topenia a tepelnú stabilitu, ktorá im umožňuje udržiavať svoju chemickú stabilitu aj pri vysokých teplotách. Vďaka tomu sú vhodné na použitie v tvrdých prostrediach, kde iné materiály môžu degradovať alebo korodovať.
Formácia pasívneho filmu
Jedným z kľúčových mechanizmov za koróznou rezistenciou zirkónnej keramiky je tvorba pasívneho filmu na povrchu materiálu. Keď sú zirkónia keramika vystavená oxidujúcemu prostrediu, na povrchu materiálu sa vytvára tenká vrstva oxidu zirkónia (zro₂). Tento pasívny film pôsobí ako bariéra medzi materiálom a životným prostredím, čo bráni ďalšej oxidácii a korózii.
Pasívny film je vysoko stabilný a dodržiavaný povrch materiálu, čo sťažuje prenikanie korozívnych látok a reagovať so základnou keramikou. Okrem toho má pasívny film nízku pórovitosť, čo ďalej zvyšuje jeho ochranné vlastnosti.
Vysoká odolnosť voči chemickému útoku
Keramika zirkónia má vysokú odolnosť voči chemickému útoku v dôsledku ich hustej a jednotnej mikroštruktúry. Keramická štruktúra sa skladá z malých zŕn, ktoré sú pevne zabalené dohromady, čo sťažuje korozívne látky preniknúť do materiálu a spôsobiť poškodenie.
Keramika zirkónia má navyše nízku rozpustnosť vo väčšine chemických látok, čo ďalej zvyšuje ich odolnosť voči chemickému útoku. Vďaka tomu sú vhodné na použitie v aplikáciách, kde sú vystavené agresívnym chemikáliám, napríklad v odvetví chemického spracovania.
Faktory ovplyvňujúce koróziu rezistencie zirkónia keramiky
Zatiaľ čo zirkónia keramika vykazuje vynikajúcu odolnosť proti korózii, môže ovplyvniť ich výkon v korozívnych prostrediach. Pozrime sa na niektoré z týchto faktorov.
Kompozícia
Zloženie zirkónovej keramiky môže mať významný vplyv na ich odolnosť proti korózii. Rôzne typy zirkónovej keramiky, ako napríklad zirkón stabilizovaný YTRIA (YSZ) a magnézia stabilizovaná zirkónia (MSZ), majú rôzne chemické kompozície a kryštalické štruktúry, ktoré môžu ovplyvniť ich rezistenciu na koróziu.
Napríklad YSZ je bežne používaná zirkónia keramika, ktorá má vynikajúcu odolnosť proti korózii kvôli svojmu vysokému obsahu YTRIA. Ytria stabilizuje kryštálovú štruktúru zirkónie, vďaka čomu je odolnejšia voči fázovým transformáciám a korózii.
Mikroštruktúra
Mikroštruktúra zirkónnej keramiky môže tiež ovplyvniť ich odolnosť proti korózii. Jemná mikroštruktúra s vysokou hustotou a nízkou pórovitosťou je vo všeobecnosti odolnejšia voči korózii ako hrubozrnná mikroštruktúra s vysokou pórovitosťou.
Dôvodom je, že jemnozrnná mikroštruktúra poskytuje väčšiu plochu povrchu na tvorbu pasívneho filmu, ktorý zvyšuje jeho ochranné vlastnosti. Okrem toho mikroštruktúra s nízkou pórovitosťou znižuje pravdepodobnosť korozívnych látok prenikajúcich do materiálu a spôsobuje poškodenie.
Prostredie
Prostredie, v ktorom sa používa zirkónia keramika, môže ovplyvniť aj ich odolnosť proti korózii. Rôzne prostredia majú rôzne chemické zloženia a podmienky, ktoré môžu mať významný vplyv na výkon materiálu.
Napríklad zirkónia keramika je vo všeobecnosti odolnejšia voči korózii v oxidačných prostrediach ako v redukčnom prostredí. V redukčnom prostredí sa môže pasívny film na povrchu materiálu znížiť alebo zničiť, čo môže viesť k zvýšenej korózii.
Povrchová úprava
Povrchová úprava zirkónnej keramiky môže tiež ovplyvniť ich odolnosť proti korózii. Hladká a leštená povrchová úprava je vo všeobecnosti odolnejšia voči korózii ako drsná a nerovnaká povrchová úprava.
Dôvodom je, že hladký povrch povrchu znižuje pravdepodobnosť korozívnych látok, ktoré priľnú k povrchu materiálu a spôsobujú poškodenie. Leštená povrchová úprava navyše môže zvýšiť tvorbu pasívneho filmu, ktorý ďalej zlepšuje odolnosť materiálu korózie.
Aplikácie keramiky zirkónia rezistentnej na koróziu
Kvôli svojej vynikajúcej odolnosti proti korózii sa zirkónia keramika široko používa v rôznych odvetviach, kde sú materiály vystavené drsnému prostrediu. Niektoré z bežných aplikácií keramiky zirkónia rezistentnej na koróziu zahŕňajú:
Odvetvie chemického spracovania
Keramika zirkónia sa používa v odvetví chemického spracovania pre aplikácie, ako sú čerpadlá, ventily a potrubia. Tieto komponenty sú vystavené agresívnym chemikáliám a vysokým teplotám, ktoré vyžadujú materiály s vynikajúcou odolnosťou proti korózii a mechanickými vlastnosťami.
Lekársky priemysel
Keramika zirkónia sa používa v lekárskom priemysle na aplikácie, ako sú zubné implantáty, ortopedické implantáty a chirurgické nástroje. Tieto aplikácie vyžadujú materiály, ktoré sú biokompatibilné, odolné voči korózii a majú vysokú pevnosť a tvrdosť.
Letecký priemysel
Keramika zirkónia sa používa v leteckom priemysle pre aplikácie, ako sú lopatky turbíny, tepelné štíty a komponenty motora. Tieto komponenty sú vystavené vysokým teplotám, vysokým tlakom a korozívnym prostredím, ktoré vyžadujú materiály s vynikajúcou tepelnou stabilitou a odolnosťou proti korózii.
Elektronický priemysel
Keramika zirkónia sa používa v elektronickom priemysle pre aplikácie, ako sú kondenzátory, rezistory a senzory. Tieto aplikácie vyžadujú materiály, ktoré sú elektricky izolačné, odolné voči korózii a majú vysokú dielektrickú konštantu.
Záver
Záverom možno povedať, že zirkónia keramika vykazuje vynikajúcu odolnosť proti korózii v dôsledku ich chemickej stability, tvorby pasívneho filmu a vysokej odolnosti voči chemickému útoku. Odolnosť proti korózii keramiky zirkónia sa môže ďalej zvýšiť kontrolou ich zloženia, mikroštruktúry a povrchovej úpravy.
Ako dodávateľ zirkónia keramiky sa zaväzujem poskytovať vysoko kvalitné výrobky, ktoré spĺňajú konkrétne požiadavky našich zákazníkov. Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našej zirkónnej keramike alebo máte nejaké otázky týkajúce sa ich odporu korózie, neváhajte a kontaktujte nás pre diskusie o obstarávaní]. Tešíme sa na spoluprácu s vami na nájdení najlepších riešení pre vaše aplikácie.
Odkazy
- Wang, X., & Zhang, Y. (2019). Odolnosť proti korózii zirkónia keramiky v rôznych prostrediach. Journal of European Ceramic Society, 39 (13), 4237-4244.
- Chen, Y., & Li, Y. (2020). Vplyv mikroštruktúry na odolnosť proti zirkónii keramiky. Ceramics International, 46 (10), 15371-15377.
- Liu, X., & Wang, Y. (2021). Povrchová modifikácia zirkónnej keramiky pre zlepšenú odolnosť proti korózii. Materials Science and Engineering: A, 813, 141136.