지르코니아 는 우수한 성능과 산-알칼리 저항성을 지닌 무기 비금속 재료입니다. 안정된 화학적 성질, 높은 융점, 낮은 열전도율, 경도, 높은 강도, 내마모성을 자랑합니다. 뛰어난 특성으로 인해 지르코니아와 그 제품은 구조용 세라믹, 기능성 세라믹, 바이오세라믹 및 열 차단 코팅의 주요 원료 중 하나가 되었으며 군사 , 에너지, 야금 , 전자 등 첨단 기술 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 보여줍니다. , 통신 , 자동차 및 기계.
다른 세라믹 재료의 성능 향상을 위한 첨가제로서 지르코니아의 적용
I. 지르코니아 세라믹에 미치는 영향
나노지르코니아는 일반 지르코니아 제품의 성능에 긍정적인 영향을 미칩니다.
전기융합 단사정계 지르코니아 원료에 다양한 함량의 CaO 안정제를 첨가하여 소성 후 시료의 광물상 조성, 겉보기 기공률, 압축강도 분석을 통해 최적의 CaO 안정제 함량을 결정하였다. 최적의 CaO 안정제 첨가를 바탕으로 나노 지르코니아 분말을 첨가하여 지르코니아 제품의 성능에 미치는 영향을 조사했습니다. 그 결과, 최적 시료(3Ca-PSZ)에 나노지르코니아 분말 첨가량이 증가함에 따라 겉보기 기공률은 감소하고, 소결수축률은 증가하며, 압축강도는 향상되는 것으로 나타났다. 구체적으로, 나노-지르코니아 분말 첨가율이 8wt%에 도달한 경우, 시료의 기공률은 9.4%, 부피밀도는 5.08g/cm3, 압축강도는 381MPa를 나타내었다. 3Ca-PSZ 샘플과 비교하여 기공률은 40% 감소하고, 부피밀도는 5% 증가했으며, 압축강도는 70% 향상되었습니다.
II. 알루미나 세라믹에 미치는 영향
Al2O3 세라믹은 고강도, 경도, 내마모성, 내산화성, 내열충격성 등의 우수한 특성으로 인해 기계, 전자, 화학 산업에 널리 사용됩니다. 순수 Al2O3 세라믹은 우수한 고온 성능을 보이지만 인성이 부족하고 내충격성이 낮아 절단 중에 약간의 치핑이 발생하는 경우가 많습니다. ZTA(지르코니아 강화 알루미나) 세라믹은 Al2O3 매트릭스에 지르코니아를 추가함으로써 이러한 문제를 크게 개선할 수 있습니다.
ZTA 세라믹 에서는 ZrO2 입자가 Al2O3 매트릭스에 균일하게 분산되어 있습니다. 온도가 변함에 따라 ZrO2 입자는 마르텐사이트 상전이에 속하는 상전이를 겪어 부피 팽창과 전단 변형을 일으키고 인장 응력과 미세 균열이 형성됩니다. 일부 작은 크기의 ZrO2 입자는 인장 응력 하에서 미세 균열을 생성합니다. 이러한 균열은 작은 크기의 입자 내에 국한되어 있으며, 균열의 시작 및 전파는 외부 응력 장의 에너지를 소비하여 Al2O3 세라믹의 인성과 강도를 향상시킵니다. 따라서 ZTA 세라믹은 유망한 세라믹 소재입니다.
III. 실리콘 질화물 세라믹에 미치는 영향
질화 규소 세라믹은 고강도, 경도, 내마모성, 내식성 및 크리프 저항성과 같은 우수한 특성으로 인해 가장 포괄적인 구조용 세라믹 재료로 간주됩니다. 그러나 본질적인 취약성으로 인해 광범위한 시장 적용이 방해됩니다. 수많은 학자들이 ZrO2 강화 Si3N4 세라믹을 연구하여 상당한 진전을 이루었습니다.
ZrO2-Si3N4 복합 세라믹 재료는 무압력 소결을 통해 제조되었으며 변위법, SEM 및 DDL110 만능 인장 시험기를 사용하여 특성화되었습니다. Si3N4 세라믹의 밀도, 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 ZrO2 함량의 영향을 조사했습니다. 결과는 ZrO2 함량이 증가함에 따라 Si3N4 세라믹의 밀도가 증가함을 나타냅니다. 굴곡 강도와 파괴 인성은 처음에는 증가했다가 감소했습니다. ZrO2 함량이 10%에 도달하면 Si3N4의 굴곡강도와 파괴인성이 동시에 최대값인 362MPa와 7.0MPa·m1/2에 도달했습니다.
IV. 질화알루미늄(AlN) 세라믹에 미치는 영향
높은 열 전도성, 우수한 전기적 특성 및 낮은 열팽창 계수로 유명한 AlN 세라믹은 종종 회로 패키징 기판에 이상적인 재료로 간주됩니다. 그러나 Si3N4 및 SiC와 같은 세라믹 소재에 비해AlN 세라믹은 파괴 인성이 낮아 열충격 저항성이 저하되고 가공 난이도가 높아집니다.
나노-ZrO2 분말을 첨가하고 Y2O3를 소결조제로 활용하여 핫프레스 소결을 통해 AlN 세라믹을 제조하였다. 결과는 ZrO2를 첨가한 후 열간 압착된 AlN 세라믹의 상 조성이 주요 AlN 상, Al5Y3O12 결정립계 상 및 새로운 ZrN 상을 포함한다는 것을 보여주었습니다. ZrO2를 첨가하면 열간 압착된 AlN 세라믹의 비커스 경도는 크게 변하지 않은 반면 파괴 인성은 점차 향상되었습니다. 이러한 향상은 주로 첨가된 ZrO2와 AlN 사이의 고온 반응에 기인하여 ZrN이 형성됩니다. 이러한 변형은 AlN 세라믹의 단일 입계 파괴 모드에서 입계 및 입계 균열을 모두 포함하는 혼합 파괴 모드로 전환되어 결정립 경계를 강화하고 결과적으로 파괴 인성을 향상시킵니다.
결론
결론적으로 지르코니아를 첨가하면 다양한 유형의 세라믹 성능이 크게 향상됩니다. 지르코니아 세라믹 자체, 알루미나 세라믹, 질화규소 세라믹, 질화알루미늄 세라믹 등 적절한 양의 지르코니아를 첨가하면 인성, 강도, 내충격성, 내마모성 및 내식성과 같은 주요 특성이 효과적으로 향상됩니다. 이러한 변화는 세라믹 소재의 실용성을 향상시킬 뿐만 아니라 군사, 에너지, 야금, 전자, 통신, 자동차, 기계 등 첨단 기술 분야로 응용 범위를 넓혀 줍니다. 따라서 지르코니아는 필수 세라믹 첨가제로서 세라믹 재료의 종합적인 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.
