{"id":1077,"date":"2021-02-10T15:58:30","date_gmt":"2021-02-10T15:58:30","guid":{"rendered":"https:\/\/staging.perspect.it\/lyrabearing\/?p=1077"},"modified":"2026-06-05T17:28:56","modified_gmt":"2026-06-05T15:28:56","slug":"tenacizzazione-dei-cuscinetti","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lyrabearing.com\/it\/insights\/tenacizzazione-dei-cuscinetti\/","title":{"rendered":"La tenacizzazione dei cuscinetti: un processo fondamentale"},"content":{"rendered":"

In questo articolo parleremo dei cuscinetti in zirconia<\/a>, in particolare della tenacizzazione. Per capire le potenzialit\u00e0 di questi cuscinetti partiremo dal materiale, l\u2019ossido di zirconio fino ad arrivare al processo di tenacizzazione.<\/p>\n

L\u2019ossido di zirconio\u00a0<\/strong><\/h2>\n

Lo zirconio (Zr) \u00e8 un metallo con numero atomico 40. Fu scoperto per la prima volta nel 1789. Il materiale ha una densit\u00e0 di 6,49 g \/ cm\u00b3, un punto di fusione di 1852 \u00b0 C e un punto di ebollizione di 3580 \u00b0 C. Ha una struttura cristallina esagonale ed \u00e8 di colore grigiastro. Zr non si trova in natura allo stato puro. Pu\u00f2 essere trovato in combinazione con l’ossido di silicato con il nome minerale Zircon (ZrO2<\/sub>\u00a0x SiO2<\/sub>) o come ossido libero (Zirconia, ZrO2<\/sub>) con il nome minerale Baddeleyite.<\/p>\n

Una delle sue prime applicazioni fu in ambito dentistico e biomedicale ed ora trova largo utilizzo anche in applicazioni industriali. Questi minerali non possono essere utilizzati come materiali primari in odontoiatria a causa delle impurit\u00e0 di vari elementi metallici che influenzano il colore e a causa dei radionuclidi naturali come l’urania e la toria, che li rendono radioattivi. Processi complessi e dispendiosi in termini di tempo che si traducono in un’efficace separazione di questi elementi sono necessari per produrre polveri di zirconia pura. Dopo la purificazione il materiale prodotto pu\u00f2 essere utilizzato come biomateriale ceramico.<\/p>\n

L\u2019ossido di Zirconio o Zirconia, ZrO2<\/sub>\u00a0\u00e8 un materiale polimorfo e si presenta in tre forme: monoclina, tetragonale e cubica. La fase monoclina \u00e8 stabile a temperatura ambiente e fino a 1150 \u00b0 C, quella tetragonale a temperature di 1150-2200 \u00b0 C e quella cubica a temperature superiori a 2200 \u00b0C, mentre la fase liquida si forma oltre i 2680 \u00b0C.<\/p>\n

La transizione da una fase all\u2019altra \u00e8 associato a notevoli variazioni di volume: per esempio, riscaldando la zirconia oltre i 1150\u00b0C si ottiene la trasformazione della struttura da monoclina a tetragonale con una riduzione di volume del 5%. Al contrario, durante il processo di raffreddamento si osserva un aumento di volume del 3% – 4% (Figura 1).<\/p>\n

\"Strutture-cristallina-Zirconia\"<\/p>\n

Figure 1. Strutture cristallina possibili della Zirconia a diverse temperature.<\/p>\n

Stabilizzazione della Zirconia<\/strong><\/h3>\n

Durante un processo di raffreddamento, l’ossido di zirconio subisce un processo di trasformazione di fase come descritto in Figura 1, da cubico a tetragonale a monoclino. L\u2019 incremento di volume associato a questa trasformazione porterebbe ad una rottura della Zirconia o almeno a sua eccessiva friabilit\u00e0, che rende impossibile l’uso di ossido di zirconio puro in molte applicazioni, soprattutto nei cuscinetti. Per ovviare a questo tipo di problema, vengono aggiunti alcuni materiali per stabilizzare la fase cubica della zirconia a temperatura ambiente. Questi materiali si chiamano stabilizzatori e il prodotto correlato denominato Zirconia stabilizzata. Se si aggiunge abbastanza sostanza stabilizzatrice, si pu\u00f2 stabilizzare la fase cubica in maniera totale (zirconia completamente stabilizzata). Altrimenti, se si usano quantit\u00e0 minori di stabilizzatore, si pu\u00f2 ottenere una zirconia parzialmente stabilizzata, in cui c\u2019\u00e8 una certa percentuale controllata di fase tetragonale. In altre parole, la zirconia parzialmente stabilizzata \u00e8 una dispersione fine di particelle di zirconia tetragonale metastabile (atta a convertirsi in monoclina in presenza di perturbazioni) in una matrice di zirconia cubica.<\/p>\n

Per esempio, se si vuole stabilizzare la fase cubica e tetragonale con Yttria, percentuali relative superiori a 7% mol conducono ad una stabilizzazione completa della zirconia cubica, mentre percentuali relative tra il 2% e il 6% mol di Yttria danno una zirconia parzialmente stabilizzata, in cui persiste cio\u00e8 un 5-10% di zirconia tetragonale finemente dispersa nella matrice cubica.<\/p>\n

Gli altri stabilizzatori di zirconia comunemente usati includono ceria CeO2<\/sub>, calcia CaO e magnesia MgO ecc. Lo stabilizzatore pi\u00f9 comune ed efficace \u00e8 Yttria Y2<\/sub>O3<\/sub>. La zirconia stabilizzata viene di conseguenza denominata Zirconia stabilizzata con Yttria, Zirconia stabilizzata con ceria, Zirconia stabilizzata con calcia, Zirconia stabilizzata con magnesia.<\/p>\n

Tenacizzazione della Zirconia<\/strong><\/h3>\n

Meccanismo di stabilizzazione ed effetti sulle propriet\u00e0 meccaniche.<\/strong><\/p>\n

In una applicazione strutturale, quando una micro-cricca incontra una particella tetragonale, la concentrazione di stress meccanico sull\u2019apice della cricca innesca la trasformazione tetragonale \u00e0 monoclina con conseguente aumento di volume, mettendo in compressione la stessa zona interessata dalla trasformazione, rallentando o bloccando la propagazione della cricca, come descritto in Figura 2.<\/p>\n

Questo processo \u00e8 noto come meccanismo di tenacizzazione, essendo la tenacit\u00e0 la capacit\u00e0 di un materiale ad assorbire energia meccanica prima di arrivare a rottura.<\/p>\n

\"Trasformazione-cristallina\"<\/p>\n

Figure 2. Trasformazione cristallina che introduce pressione sulla cricca, frenandone l\u2019avanzamento.<\/p>\n

Meccanismi di tenacizzazione<\/strong><\/p>\n

Nonostante il fenomeno di tenacizzazione sia stato dimostrato da prove sperimentali ed \u00e8 il motivo per cui la zirconia stabilizzata sia uno dei\u00a0materiali ceramici strutturali pi\u00f9 affidabili anche nel mondo dei cuscinetti<\/strong>, i meccanismi che conducono a tale tenacizzazione non sono del tutto chiari. Nello specifico, ci sono almeno due teorie che spiegano l\u2019aumento di tenacit\u00e0:<\/p>\n