氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷


产品概述

氧化锆增韧氧化铝是一种多相先进陶瓷,其中氧化锆均匀分散于氧化铝基体中。两种相协同作用:氧化铝赋予材料高硬度、优异的耐磨性和良好的热稳定性,而氧化锆相在应力作用下的相变则显著提升其抗裂性能。因此,ZTA陶瓷部件能够在承受磨损、冲击及机械载荷的工况下,部分弥补单相氧化铝与氧化锆之间的性能差距。

更广泛地说,复合陶瓷通过将两种或多种陶瓷相,或陶瓷与金属、纤维相结合,以实现对力学、热学、电学或化学性能的定制化调控。凌宇可提供氧化锆增韧氧化铝、镁氧化锆、碳化硅/碳化硅、氧化铝–碳化硅、氮化硅–碳化硅以及金属陶瓷等体系的材料。我们可根据客户提供的图纸加工制造复合陶瓷零部件,并针对目标工况灵活调整材料组成与工艺参数。

类别:

陶瓷材料

关键词:

凌宇精密陶瓷

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关键性能优势

定制化与协同性特性
通过调控成分、相组成、颗粒尺寸及其分布,可实现对材料力学性能、热学性能、电学性能以及化学性能的精准调控。在氧化锆增韧氧化铝中,相变增韧可使断裂韧性提高约50%至100%,同时保持氧化铝的高硬度与优异的耐磨性。而在其他陶瓷基复合材料中,纤维增强则可带来数倍甚至更高的韧性提升。
高强度与断裂韧性
相变、弥散颗粒增韧以及纤维或晶须桥接等机制,均可使材料的强度和抗裂性能超越单一陶瓷相。文献报道,ZTA陶瓷构件的弯曲强度约为600–1,000 MPa,断裂韧性为5–7 MPa·m⁰·⁵;而连续纤维增强陶瓷基复合材料的断裂韧性可达15–25 MPa·m⁰·⁵,并且表现出非灾难性损伤行为。
高温与热震性能
碳化硅纤维增强碳化硅复合材料可在约1200–1450℃的高温下长期服役,与所提及的高温合金相比,其质量可减轻50%–70%。该材料优异的抗热震性能和损伤容限,为热端部件及热防护系统的设计提供了有力支撑。此外,还可根据不同的温度、氧化及载荷需求,设计其他类型的复合材料体系。
结构与功能行为的整合
复合材料设计可在保持良好强度的同时,赋予材料电导率、热导率、压电响应、磁性或生物活性。金属陶瓷则兼具陶瓷的高硬度与耐高温性能,以及金属的韧性和导电性,广泛应用于切削工具和耐磨部件。而用于医疗领域或具有生物活性的复合材料体系,则需要分别进行材料、工艺及法规方面的验证。
可靠性和使用寿命
多相结构能够偏转裂纹并分散损伤,从而降低单相陶瓷所固有的脆性和性能离散性。据该文献报道,在其对比条件下,其使用寿命约为单相陶瓷的2至5倍。实际的性能提升程度则取决于所选用的材料体系、构件设计、制造工艺以及失效模式。

 

主要产品范围

氧化锆增韧氧化铝部件
ZTA密封环、柱塞、轴、切削部件、球阀零件及耐磨衬套,兼具氧化铝的高硬度与氧化锆的优异韧性。这些复合陶瓷部件广泛应用于泵、阀门以及采矿和化工处理设备中,可同时承受磨损与机械冲击。
碳化硅/碳化硅陶瓷基复合材料
本文介绍了用于燃烧室、涡轮部件、热防护结构、核燃料包壳以及高温换热器的连续碳化硅纤维增强SiC材料体系。此类关乎安全的关键应用,需要具备针对具体工况的设计数据、性能验证以及可追溯的制造管控措施。
金属陶瓷
TiC/Ni金属陶瓷、WC/Co硬质合金以及以TiCN为基础的材料体系,兼具陶瓷的高硬度与优异的耐磨性,同时拥有金属的韧性、导电性或良好的连接性能。它们广泛应用于切削刀具、钻孔部件、模具、密封件及其他耐磨领域。
其他功能复合陶瓷
氮化硅—碳化硅、氧化铝—碳化钛导电陶瓷、羟基磷灰石—氧化锆生物复合材料以及压电复合材料,均可针对半导体、医疗、电子及新能源等领域进行配方设计。对于每种体系,均须明确其产品适用范围、性能指标及法规要求。

 

典型技术性能

属性 ZTA复合陶瓷 碳化硅/碳化硅复合材料 碳化钛/镍金属陶瓷
密度(g/cm³) 4.0–4.5 2.5–3.0 5.5–7.0
莫氏硬度 8.5–9 8–9 9–9.5
抗弯强度(MPa) 600–1,000 300–500 800–1,500
断裂韧性(MPa·m⁰·⁵) 5–7 15–25 10–15
抗压强度(MPa) 2,500–3,500 800–1,500 3,000–4,500
最高使用温度(℃) 1,200–1,400 1,200–1,450 800–1,200
热膨胀系数(10⁻⁶/°C) 7–9 3–4.5 6–8
热导率(W/m·K) 15–25 20–50 20–40
体积电阻率(Ω·cm) 10¹²–10¹⁴ 10⁴–10⁸ 10⁻⁴–10⁻²(导电)

*上述数值为典型值。复合材料的性能可按需定制,并可能因成分、相分布、增强体结构、密度、几何形状、环境气氛、制备工艺及测试方法的不同而有所差异。

申请定制评审 请提交您的图纸、工况与载荷条件、性能指标、公差要求及订购数量,以便我们就氧化锆增韧氧化铝或其他复合陶瓷零部件进行详细讨论。

产品示例与图片说明

镁稳定氧化锆结构件

镁稳定氧化锆结构件

镁-PSZ | 高韧性氧化锆基材料

芯片电阻 耐磨性 复杂几何体

氧化锆基陶瓷板

氧化锆基陶瓷板

氧化锆基材料|板状结构

表面质量 均匀厚度 完整边缘

ZTA 耐磨结构件

ZTA 耐磨结构件

ZTA | 成分、牌号及供应形式待确认

硬度 耐磨性 抗脆性断裂性能

ATZ 防裂结构构件

ATZ 防裂结构构件

ATZ | 成分、牌号及供应形式待确认

韧性 边缘可靠性 尺寸稳定性

常见问题解答(FAQ)

与氧化铝相比,ZTA作为材料有哪些优势?

ZTA以氧化铝为基体,在保持其硬度、耐磨性、刚性和电绝缘性等优势的同时,显著提升了韧性和抗裂性能;具体提升程度则取决于配方、显微组织及具体产品。

ATZ与ZTA之间有何关键区别?

ZTA以氧化铝为基础,通常更注重硬度、刚性和耐磨性;ATZ以氧化锆为基础,通常更注重韧性和抗崩损性能。二者均需结合具体牌号及工况进行评估。

Mg-PSZ的评估应从何处着手?

评估可从阀门与泵部件或较厚结构件的冲击、腐蚀、气蚀及损伤容限等方面入手,同时兼顾稳定器系统、截面形状、温度、介质以及连接方式等因素。

为什么复合比不能直接决定零件的性能?

除了相组成之外,基体、稳定剂、晶粒尺寸、弥散相、残余应力、烧结工艺、缺陷以及表面粗糙度等因素均会影响材料的强度、韧性、时效性能及磨损行为。

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