Características

La cerámica endurecida por transformación tiene resistencia y dureza excelentes a temperaturas bajas e intermedias. Comparado con SiC y Si₃N₄, la cerámica de ZrO₂ endurecida puede soportar la tensión perceptiblemente más alta aplicada a temperatura ambiente (véase el cuadro 1), pero SiC y Si₃N₄ tienen mayor potencial a alta temperatura. La cerámica de Zirconia esta limitado altas temperaturas (>800-1000 ºC) por dos razones: los ratios de abrasión son altos comparados con la cerámica sin óxidos; y la contribución de los mecanismos de endurecimiento por transformación disminuyen conforma la temperatura aumenta. Es decir, como la fase tetragonal llega a ser más estable, la fuerza impulsora para la transformación disminuye. La tabla 3 enumera las características de la cerámica de zirconio para cada uno de las familias de materiales. Las características específicas son función de la cantidad y del tipo de agente estabilizante, condiciones de proceso utilizadas, y microestructura resultante.

Tabla 3. Características de la cerámica de Zirconia

Los materiales de TZP tienen valores excepcionalmente altos de resistencia a la fractura: las fuerzas mayor de 1000 MPA se alcanzan constantemente y se han llegado a alcanzar valores sobre 2000 MPa. La dureza es generalmente mayor de 5 MPa√m . El TZP de óxido de itrio, sin embargo, exhibe una disminución seria de la dureza cuando es envejecido en aire entre 150 y 300 ºC. El efecto parece estar relacionado con el vapor de agua en el aire que reacciona con el Y2 O3-ZrO₂ en la superficie de la cerámica, promoviendo la transformación tetragonal monocíclica, y formando microgrietas. Hay indicaciones de que este problema puede ser evitado o ser reducido al mínimo por lo menos alcanzando un tamaño de grano convenientemente fino (0.2-0.6 milímetro), por adición final de alúmina a la zirconio de óxido de itrio, o substituyendo el CeO₂ por Y₂O₃ como oxido estabilizante. La adición del alúmina (20 % en peso de Al₂O₃) a Y-TZP inhibe crecimiento del grano y la transformación de las partículas tetragonales. La dureza del Ce-TZP (> 30 MPa√m ) puede ser más alta que la de Y-TZP (15-20 MPa√m ) pero la fuerza es relativamente baja, 500-1000 MPa para el Ce TZP contra 1500- 2000 MPa para Y-TZP. Un factor limitante en el uso de la cerámica del zirconia es la disminución de las características conforme las temperaturas aumentan.

Aplicaciones

Uno de los usos más demandados para la cerámica de zirconia está en piezas de los motores de automoción, particularmente para el motor diesel. Los usos procuran explotar su conductividad térmica baja y/o las características de resistencia. Un aprovechamiento son los trazadores de líneas o los rellenos de cerámica (por ejemplo: las coronas del pistón, las placas de cara principales, y los trazadores de líneas del pistón) unidos a los elementos del motor del metal. PSZ es un material favorecido para este aprovechamiento, no solamente porque tiene conductividad térmica baja y es un buen aislador, porque su alto coeficiente de la expansión térmica está cerca del hierro fundido. Esta compatibilidad facilita el accesorio y reduce la posibilidad de fallo al completar un ciclo del motor. Otros usos del motor para el zirconio incluyen los componentes que estan limitados por el desgaste, particularmente en el tren de válvula, tal como levas, seguidores de leva, varillas de levantamiento, y válvulas de escape.

La cerámica del Alumina - Zirconia tiene fuerza, dureza, y resistencia al desgaste superiores al compararla con la alúmina convencional y esta cerámica compuesta ha encontrado uso como extremos de herramienta de corte y ruedas de la abrasión. Los usos incluyen la tijera y los esquileos para el corte de materiales difíciles tales como Kelvar, y el corte de materiales industriales, tales como cinta magnética, de la película plástica, y de los artículos del papel. La resistencia a la fractura y al choque térmico de PSZ endurecido por transformación le ha hecho candidato principal para los de dados extrusión en caliente. Los sellos en válvulas, bombas químicas, y bombas e imp ulsores de mezclas abrasivas se están haciendo de cerámica del zirconia. En algunos usos que implican las mezclas abrasivas, los materiales de PSZ pueden ser más resistentes al desgaste que el carburo del silicio. Los componentes que requieren vida larga bajo condiciones de carga bajas, tales como guías de hilo de rosca y cojinetes y guías para las impresoras por punto se pueden también hacer conéxito de zirconia. El MgO-PSZ ha encontrado el uso comercial más amplio debido a la gama de las microestructuras adaptadas que pueden ser producidas.

La zirconia también tiene características convenientes para las capas térmicas de la barrera, para los rotores de turbina por ejemplo, debido a su alto coeficiente de la expansión térmica, conductividad térmica baja, buena estabilidad química, y la resistencia del choque térmico.

En todos los usos que implican zirconia, la inestabilidad térmica de la fase tetragonal presenta limitaciones especialmente para el uso prolongado en las temperaturas mayores o que implica la participación de un ciclo térmico. Además, la sensibilidad de la cerámica de Y-TZP a los ambientes acuosos a bajas temperaturas tiene que ser tenido en cuenta. Los altos costes de la materia prima han imposibilitado algunos usos particularmente en la industria del automóvil.