Material

Керамика диоксида циркония (ZrO₂, Y-TZP)

Стабилизированный иттрием диоксид циркония (Y-TZP) — самая вязкая из оксидных керамик: вязкость разрушения достигает 8–10 MPa·m^1/2, а прочность на изгиб — до 1200 МПа. Такое сочетание позволяет ему выдерживать удары…

Керамика диоксида циркония (ZrO₂, Y-TZP)

Стабилизированный иттрием диоксид циркония (Y-TZP) — самая вязкая из оксидных керамик: вязкость разрушения достигает 8–10 MPa·m^1/2, а прочность на изгиб — до 1200 МПа. Такое сочетание позволяет ему выдерживать удары и боковые нагрузки, при которых разрушаются оксид алюминия или карбид кремния, — поэтому он применяется в лезвиях ножей, насосных втулках, суставных головках и везде, где керамическая деталь подвергается механическим нагрузкам.

Диоксид циркония также обладает наименьшей теплопроводностью среди рассматриваемых конструкционных керамик (2–3 W/m·K), что делает его естественным тепловым барьером. Его плотность (~6 г/см³) выше, чем у оксида алюминия, поэтому варианты, чувствительные к весу, предпочитают более лёгкие материалы, но когда определяющим фактором является вязкость, обычно выбирают цирконий.

Typical Properties

Indicative ranges — confirm grade and test conditions before design commitment.

PropertyIndicative Value
СоставYttria-stabilised zirconia (Y-TZP)
Плотность6.00-6.05 g/cm3
Твёрдость по Виккерсу1200-1350 HV
Прочность на изгиб900-1200 MPa
Вязкость разрушения8-10 MPa.m1/2
Максимальная рабочая температура800-1000 C
Теплопроводность2-3 W/m.K
Тепловое расширение (20-1000 C)10.0 x10-6/K
Potential Advantages

Наивысшая вязкость разрушения среди технических оксидов; отличная износостойкость при скользящем контакте; может быть отполирован до поверхности оптического качества; хорошая биосовместимость для медицинских имплантатов.

Design Considerations

Марка стабилизатора (содержание иттрия) определяет и вязкость, и максимальную рабочую температуру: 3 мол.% Y-TZP обеспечивает лучшую прочность при комнатной температуре, но начинает деградировать выше ~800 °C. Для более высоких температур рассмотрите частично стабилизированный диоксид циркония (PSZ) либо переходите на SiC/Si₃N₄.

Limitations & Trade-offs

Низкотемпературная деградация (LTD) во влажной среде при 200–300 °C ограничивает длительную эксплуатацию в среде пара или влаги, если только марка специально не устойчива к LTD. Не подходит в качестве электрического изолятора в некоторых составах — уточните удельное сопротивление, если требуется диэлектрическая изоляция.