Características e aplicacións do óxido de circonio

O material totalmente cerámico de circonia é un material crucial para o desenvolvemento das industrias modernas de alta tecnoloxía. Coa chegada da era 5G para os teléfonos móbiles, a circonia totalmente cerámica gañou unha atención significativa e converteuse nun tema candente na industria debido á súa textura cálida similar ao xade, á súa resistencia aos arañazos e... Resistencia ao desgaste, un blindaxe de sinal mínimo e excelentes propiedades de disipación térmica. Agora aplícase en compoñentes estruturais como placas de cobertura de teléfonos e módulos de impresión dixital.

I. Introdución a Óxido de circonio

A circona totalmente cerámica, ou cerámica de ZrO₂ (cerámica de circona), posúe excelentes propiedades, incluíndo altos puntos de fusión e ebulición, alta resistencia xunto con tenacidade, excelente resistencia ao desgaste, alta suavidade superficial e comportamento illante a temperatura ambiente, á vez que presenta condutividade a altas temperaturas. O ZrO₂ puro é branco, pero aparece amarelo ou gris cando contén impurezas, a miúdo incluíndo HfO₂, que é difícil de separar. Os recursos probados de circona a nivel mundial son de aproximadamente 19 millóns de toneladas. A circona normalmente purifícase a partir do mineral de circona. Debido ás súas características de endurecemento por transformación de fase, a maioría dos materiais cerámicos de alta gama para electrónica de consumo son de circona totalmente cerámica.

O dióxido de circonio (ZrO₂) existe en tres formas cristalinas: monoclínica de baixa temperatura (m-ZrO₂), tetragonal de temperatura media (t-ZrO₂) e cúbica de alta temperatura (c-ZrO₂). Estas tres formas cristalinas existen dentro de diferentes rangos de temperatura e poden transformarse unhas noutras.

II. Rendemento e características

A cerámica totalmente de circonio é un novo tipo de cerámica de alta tecnoloxía, a miúdo considerada a nobreza entre as cerámicas. Ademais de cumprir condicións como alta resistencia, dureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia á corrosión ácida e alcalina e alta estabilidade química, tamén presenta resistencia aos arañazos e ao desgaste, ausencia de blindaxe de sinal, excelente disipación térmica, forte maquinabilidade, bo atractivo estético e idoneidade para a produción en masa.

1. Alto punto de fusión
   A circona ten un punto de fusión de 2715 °C. O seu alto punto de fusión e a súa inercia química convértena nun excelente material refractario. Esta propiedade tamén aborda as preocupacións na odontoloxía: se unha restauración de circona se desprende, o adhesivo pódese queimar cunha lámpada de alcohol sen afectar a reconexión ou a reutilización.

2. Alta dureza e excelente resistencia ao desgaste
   A circona presenta unha alta dureza e unha excelente resistencia ao desgaste. En termos de datos específicos, a circona cúbica (diamante sintético) ten unha dureza Mohs de arredor de 8,5, moi próxima á clasificación de 9 do zafiro. En comparación, o policarbonato ten unha dureza Mohs de só 3,0, o vidro temperado de 5,5, a aliaxe de aluminio-magnesio de 6,0 e o vidro Corning® Gorilla® de aproximadamente 7.

3. Resistencia e dureza relativamente altas
   A circona posúe unha alta resistencia (ata 1500 MPa). Aínda que a súa tenacidade é inferior á dalgúns metais, considérase excepcional dentro do "reino cerámico" en comparación con outros materiais cerámicos (tenacidade á fractura que normalmente oscila entre 1 e 35 MPa·m¹/²).

4. Baixa condutividade térmica e baixo coeficiente de expansión térmica
   A circona ten a menor condutividade térmica entre os materiais cerámicos comúns (1,6-2,03 W/(m·K)) e o seu coeficiente de expansión térmica é próximo ao dos metais. Polo tanto, a cerámica de circona é axeitada para compoñentes cerámicos estruturais, como as pezas estruturais exteriores dos teléfonos móbiles.

5. Excelentes propiedades eléctricas
   A constante dieléctrica da circona é tres veces maior que a do zafiro, o que leva a unha resposta de sinal máis sensible, o que a fai máis axeitada para compoñentes como parches de recoñecemento de pegadas dixitais. Desde a perspectiva da eficacia do blindaxe, a cerámica de circona, como material non metálico, non blinda en absoluto os sinais electromagnéticos. Evita completamente as interferencias coa disposición interna da antena, permite un moldeado integrado cómodo e é axeitada para a próxima era do 5G.

III. Aplicacións típicas (campos)

A circona ten amplas aplicacións na industria moderna e na vida cotiá. A continuación, ofrécese unha breve introdución ás súas principais aplicacións.

1. Teléfonos móbiles e outros campos electrónicos 3C
   Debido á súa protección contra a transmisión de sinal, á súa resistencia a caídas, desgaste e dobradura, á súa aparencia similar ao xade e á súa sensación cómoda, a circona úsase amplamente en teléfonos móbiles e outros campos electrónicos 3C, principalmente como placas traseiras para teléfonos móbiles e outros compoñentes estruturais.

2. Campo da comunicación óptica
   As ferrulas e mangas cerámicas úsanse amplamente agora nos conectores de fibra óptica. As ferrulas feitas de cerámica de alta resistencia e tenacidade non só cumpren os requisitos de alta precisión, senón que tamén ofrecen unha longa vida útil con perdas de inserción e perdas de retorno moi baixas.

3. Campo da automoción
   A cerámica de circonio ten un coeficiente de condución térmica pequeno pero un coeficiente de expansión térmica relativamente grande. Esta combinación proporciona un bo illamento térmico cando se usa para compoñentes da cámara de combustión do motor, mentres que a súa expansividade térmica permanece relativamente próxima á dos materiais metálicos. As aplicacións potenciais inclúen placas base de culata, camisas de cilindro, tapas de pistón e aneis de asento de válvulas. Non obstante, debido ás duras condicións de traballo dos motores e aos cambios significativos na resistencia dos compoñentes cerámicos a altas temperaturas, a aplicación comercial aínda require un maior desenvolvemento.