Propiedades e aplicacións da circona
A cerámica de circonio é un material avanzado importante e amplamente utilizado nas industrias modernas de alta tecnoloxía. Coa chegada da era do 5G, a circonio converteuse nunha opción popular para as carcasas traseiras dos teléfonos intelixentes, os módulos dos sensores de impresión dixital e outros compoñentes estruturais debido á súa textura similar ao xade, á súa excepcional resistencia aos arañazos e... Resistencia ao desgaste, un mínimo blindaxe electromagnética e un excelente rendemento térmico.
1. Introdución á circona
A cerámica de circonio, ou ZrO₂, presenta unha combinación de propiedades excepcionais, incluíndo altos puntos de fusión e ebulición, alta resistencia con boa tenacidade, excelente resistencia ao desgaste, alto acabado superficial, illamento eléctrico a temperatura ambiente e condutividade a temperaturas elevadas. O ZrO₂ puro é branco, mentres que as impurezas poden causar decoloración amarela ou gris. A circonio natural adoita conter HfO₂, que é difícil de separar. Os recursos globais de circonio estímanse en aproximadamente 19 millóns de toneladas, e a circonio prodúcese normalmente purificando minerais de circonio. Debido ao seu mecanismo de transformación e endurecemento, a circonio é o material dominante utilizado en cerámicas de alta gama para electrónica de consumo.
A circona existe en tres fases cristalinas: monoclínica (m-ZrO₂) a baixas temperaturas, tetragonal (t-ZrO₂) a temperaturas intermedias e cúbica (c-ZrO₂) a altas temperaturas. Estas fases son estables dentro de rangos de temperatura específicos e poden transformarse unhas noutras con cambios de temperatura.
2. Propiedades clave
A cerámica de circonio é un novo tipo de cerámica técnica avanzada, a miúdo denominada o "material nobre" da cerámica. Ofrece alta resistencia, alta dureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a ácidos e álcalis, excelente estabilidade química, resistencia a rabuñaduras e desgaste, mínima protección electromagnética, bo rendemento térmico, forte procesabilidade, un aspecto atractivo e idoneidade para a produción en masa.
1. Alto punto de fusión
A circona ten un punto de fusión de 2715 ℃. O seu alto punto de fusión e a súa inercia química convértena nun excelente material refractario. Por este motivo, se unha coroa dental de circona se solta, pódese limpar facilmente queimando o adhesivo residual cunha lámpada de alcohol sen afectar a recolocación.
2. Alta dureza e resistencia ao desgaste
A circona presenta unha alta dureza e unha excelente resistencia ao desgaste. En comparación, a circona cúbica (simulante de diamante sintético) ten unha dureza Mohs de aproximadamente 8,5, próxima á do zafiro (9). En contraste, o policarbonato ten unha dureza de 3,0, o vidro temperado de 5,5, a aliaxe de aluminio-magnesio de 6,0 e o Corning Gorilla Glass de 7.
3. Alta resistencia e boa tenacidade
A circona pode alcanzar unha resistencia de ata 1500 MPa. Aínda que a súa tenacidade é inferior á dalgúns metais, é excepcionalmente alta para un material cerámico, cun rango de tenacidade á fractura de 1 a 35 MPa·m¹/².
4. Baixa condutividade térmica e baixo coeficiente de expansión
A circona ten a menor condutividade térmica entre as cerámicas comúns (1,6–2,03 W/(m·K)) e o seu coeficiente de expansión térmica é próximo ao dos metais. Estas propiedades fan que sexa ideal para aplicacións estruturais, como compoñentes de teléfonos intelixentes.
5. Excelentes propiedades eléctricas
A circona ten unha constante dieléctrica tres veces maior que a do zafiro, o que permite unha transmisión de sinal máis sensible, o que é especialmente útil para parches de sensores de impresión dixital. Como material non metálico, a circona non protexe os sinais electromagnéticos, o que permite unha maior flexibilidade no deseño e integración da antena e fai que sexa axeitada para dispositivos 5G.
6. Aplicacións típicas
A circona úsase amplamente na industria moderna e na vida cotiá. As principais áreas de aplicación son as seguintes:
1. Electrónica 3C (por exemplo, teléfonos intelixentes)
A circona úsase amplamente en carcasas traseiras e compoñentes estruturais de teléfonos intelixentes debido ás súas propiedades non magnéticas, resistencia á caída, ao desgaste e á flexión, aspecto similar ao xade e tacto cómodo.
2. Comunicacións ópticas
As ferrulas e as mangas cerámicas úsanse habitualmente nos conectores de fibra óptica. As ferrulas feitas de cerámica de alta resistencia e tenacidade poden lograr unha alta precisión, unha longa vida útil e unha perda de inserción e retorno extremadamente baixa.
3. Industria do automóbil
A cerámica de circonio ten baixa condutividade térmica e un coeficiente de expansión térmica relativamente alto, o que a fai axeitada para compoñentes da cámara de combustión do motor que requiren un bo illamento térmico e compatibilidade coas pezas metálicas. As aplicacións potenciais inclúen camisas de culata, tapas de pistón e asentos de válvulas. Non obstante, debido ás duras condicións de funcionamento dos motores e ao cambio significativo na resistencia cerámica a altas temperaturas, a aplicación comercial xeneralizada neste campo aínda está en desenvolvemento.