{"id":2299,"date":"2021-03-03T16:30:39","date_gmt":"2021-03-03T16:30:39","guid":{"rendered":"https:\/\/lyrabearing.com\/insights\/cuscinetti-in-ceramica-le-tre-cose-da-sapere-sulla-zirconia\/"},"modified":"2026-04-13T15:44:54","modified_gmt":"2026-04-13T13:44:54","slug":"lozyska-ceramiczne-trzy-rzeczy-do-wiedzenia-o-cyrkonie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/insights\/lozyska-ceramiczne-trzy-rzeczy-do-wiedzenia-o-cyrkonie\/","title":{"rendered":"\u0141o\u017cyska ceramiczne, trzy rzeczy do wiedzenia o cyrkonie"},"content":{"rendered":"

W tym artykule porozmawiamy o \u0142o\u017cyskach ceramicznych lub \u0142o\u017cyskach ceramicznych z cyrkonu, ze szczeg\u00f3lnym naciskiem w\u0142a\u015bnie na materia\u0142 tych \u0142o\u017cysk.<\/p>\n

Materia\u0142y ceramiczne uwalniane<\/strong><\/h2>\n

Od odkrycia i rozwoju cyrkonu stabilizowanego w latach 60. XX wieku, uwalnianie poprzez transformacj\u0119 fazow\u0105 (opisane w poprzednim artykule) uwa\u017cano za w\u0142a\u015bciwo\u015b\u0107 cyrkonu cz\u0119\u015bciowo stabilizowanego (PSZ) z \u015brodkami uwalniaj\u0105cymi takimi jak yttria, ceria czy magnesia. Podsumowuj\u0105c, w PSZ cz\u0105stki lub ziarna fazy tetragonalnej s\u0105 r\u00f3wnomiernie rozproszone w fazie kubicznej. Faza tetragonalna, metastabilna, czyli niestabilna, przekszta\u0142ca si\u0119 w monokliniczn\u0105 pod wp\u0142ywem nadmiernego obci\u0105\u017cenia mechanicznego, powoduj\u0105c zjawisko uwalniania materia\u0142u.<\/p>\n

P\u00f3\u017aniej zrozumiano, \u017ce to zjawisko mo\u017cna replikowa\u0107 w innych materia\u0142ach, kt\u00f3re maj\u0105 jako matryc\u0119 inne substancje, np. alumina (tlenek glinu), w kt\u00f3rej rozpraszane s\u0105 cz\u0105stki cyrkonu dzia\u0142aj\u0105ce jako \u015brodek uwalniaj\u0105cy. Innymi s\u0142owy, istnieje ca\u0142a rodzina materia\u0142\u00f3w ceramicznych, kt\u00f3re mo\u017cna uwolni\u0107 dzi\u0119ki dodaniu cz\u0105stek cyrkonu, dzi\u0119ki transformacji fazowej (tetragonalno-monoklinowej) w obecno\u015bci obci\u0105\u017ce\u0144 termomechanicznych.<\/p>\n

W mi\u0119dzynarodowej spo\u0142eczno\u015bci techniczno-naukowej te materia\u0142y ceramiczne uwalniane cyrkonem s\u0105 znane pod skr\u00f3tem ZTC (Zirconia Toughened Ceramics), a czasem nazywane \u201eceramicznymi stalami\u201d.<\/p>\n

Jednak krytyczno\u015b\u0107 procesu przygotowania polega na zdolno\u015bci do utrzymania cz\u0105stek cyrkonu poni\u017cej rozmiaru krytycznego, poni\u017cej kt\u00f3rego mo\u017cna utrzyma\u0107 cyrkon w metastabilnej fazie tetragonalnej, kt\u00f3ra nast\u0119pnie, jak opisano wcze\u015bniej i w poprzednim artykule, pod wp\u0142ywem obci\u0105\u017cenia przekszta\u0142ca si\u0119 w monokliniczn\u0105, wyzwalaj\u0105c zjawisko uwalniaj\u0105ce.<\/p>\n

Terminologia cyrkonu<\/strong><\/h3>\n

Zosta\u0142a opracowana specyficzna terminologia do opisu cyrkonu stabilizowanego i ceramiki uwalnionej cyrkonem.<\/p>\n

Materia\u0142 z cz\u0105stkami fazy tetragonalnej w matrycy kubicznej okre\u015bla si\u0119 jako cyrkon cz\u0119\u015bciowo uwolniony, lub po prostu PSZ, do kt\u00f3rego dodaje si\u0119 prefiks elementu zwi\u0105zanego ze \u015brodkiem stabilizuj\u0105cym (np. Ca-PSZ, stabilizowany CaO, lub Y-PSZ, stabilizowany Y2O3, lub Mg-PSZ, stabilizowany MgO).<\/p>\n

Je\u015bli dodamy wystarczaj\u0105c\u0105 ilo\u015b\u0107 stabilizatora, materia\u0142 b\u0119dzie zawiera\u0142 tylko faz\u0119 kubiczn\u0105 i nazywa si\u0119 go cyrkonem ca\u0142kowicie stabilizowanym lub w pe\u0142ni stabilizowanym cyrkonem (fully stabilized zirconia). Materia\u0142y zawieraj\u0105ce tylko faz\u0119 tetragonaln\u0105 s\u0105 oznaczane jako polikrystaliczne cyrkony tetragonalne.<\/p>\n

Tabeli 1 zawiera skr\u00f3ty r\u00f3\u017cnych wersji ceramiki uwolnionej cyrkonem.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/td>\nSkr\u00f3t<\/td>\n<\/tr>\n
Cyrkon tetragonalny (policryszstaliczny)<\/td>\nTZP<\/td>\n<\/tr>\n
Cyrkon cz\u0119\u015bciowo stabilizowany<\/td>\nPSZ<\/td>\n<\/tr>\n
Cyrkon ca\u0142kowicie stabilizowany<\/td>\nFSZ<\/td>\n<\/tr>\n
Ceramika wzmocniona cyrkonem<\/td>\nTTC<\/td>\n<\/tr>\n
Alumina wzmocniona cyrkonem<\/td>\nZTA<\/td>\n<\/tr>\n
Cyrkon wzmocniony transformacj\u0105 fazow\u0105<\/td>\nTTZ<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Jak podano w Tabeli 2, ka\u017cda kompozycja ma swoje w\u0142asne charakterystyki i mo\u017ce stanowi\u0107 najlepsze rozwi\u0105zanie dla konkretnej aplikacji.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
W\u0142a\u015bciwo\u015b\u0107<\/td>\nY-TZP<\/td>\nCe-TZP<\/td>\nZTA<\/td>\nMg-PSZ<\/td>\n3Y20A<\/td>\n<\/tr>\n
G\u0119sto\u015b\u0107 (g.cm-3)<\/td>\n6.05<\/td>\n6.15<\/td>\n4.15<\/td>\n5.75<\/td>\n5.51<\/td>\n<\/tr>\n
Twardo\u015b\u0107 (HV30)<\/td>\n1350<\/td>\n900<\/td>\n1600<\/td>\n1020<\/td>\n1470<\/td>\n<\/tr>\n
Wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 na zginanie (MPa)<\/td>\n1000<\/td>\n350<\/td>\n500<\/td>\n800<\/td>\n2400<\/td>\n<\/tr>\n
Wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 na \u015bciskanie (MPa)<\/td>\n2000<\/td>\n–<\/td>\n–<\/td>\n2000<\/td>\n–<\/td>\n<\/tr>\n
Modu\u0142 Younga (GPa)<\/td>\n205<\/td>\n215<\/td>\n380<\/td>\n205<\/td>\n260<\/td>\n<\/tr>\n
Wsp\u00f3\u0142czynnik Poissona<\/td>\n0.3<\/td>\n–<\/td>\n–<\/td>\n0.23<\/td>\n–<\/td>\n<\/tr>\n
Odporno\u015b\u0107 na p\u0119kanie (MPa.m-1\/2)<\/td>\n9.5<\/td>\n15 – 20<\/td>\n4 – 5<\/td>\n8 – 15<\/td>\n6<\/td>\n<\/tr>\n
Wsp. rozszerzalno\u015bci cieplnej (x10-6\u00a0\u00b0C-1)<\/td>\n10<\/td>\n8<\/td>\n8<\/td>\n10<\/td>\n9.4<\/td>\n<\/tr>\n
Przewodno\u015b\u0107 cieplna (W.m-1.K-1)<\/td>\n2<\/td>\n2<\/td>\n23<\/td>\n1.8<\/td>\n3<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Po podsumowaniu mo\u017cna wyr\u00f3\u017cni\u0107 trzy rodziny materia\u0142\u00f3w ceramicznych wzmocnionych cyrkonem, dzi\u0119ki przej\u015bciu fazowemu z fazy tetragonalnej do monoklinowej;<\/p>\n

1.<\/strong>Ceramika wzmocniona cz\u0105stkami rozproszonymi<\/strong><\/p>\n

Materia\u0142y, w kt\u00f3rych do matrycy (na przyk\u0142ad z tlenku glinu, ZTA) dodaje si\u0119 pewien udzia\u0142 (ok. 15%) cyrkonu. W tym przypadku stabilizacja fazy tetragonalnej nie zachodzi za pomoc\u0105 domieszek, takich jak itria czy wap\u0144, lecz dzi\u0119ki obr\u00f3bce cieplnej i kontroli rozmiaru cz\u0105stek cyrkonu. Obr\u00f3bka cieplna sprawia, \u017ce faza tetragonalna utrzymuje si\u0119 w temperaturze pokojowej, uniemo\u017cliwiaj\u0105c cz\u0105stkom przemian\u0119 w faz\u0119 monoklinaln\u0105 z powodu ogranicze\u0144 wymiarowych. Przej\u015bcie tetragonalno\u2011monoklinowe ma oczywi\u015bcie nast\u0105pi\u0107 dopiero wtedy, gdy materia\u0142 b\u0119dzie poddany obci\u0105\u017ceniu mechanicznemu podczas eksploatacji. Takie zachowanie przypomina obr\u00f3bk\u0119 ciepln\u0105 i przemiany martenzytyczne w stalach.<\/p>\n

2. Cyrkon cz\u0119\u015bciowo stabilizowany<\/strong><\/p>\n

Cyrkon domieszkowany lub stabilizowany \u015brodkami takimi jak tlenek itru, wapnia, magnezu czy ceru. \u015arodek domieszkuj\u0105cy sprzyja stabilizacji fazy tetragonalnej, odpowiedzialnej za zwi\u0119kszenie odporno\u015bci na p\u0119kanie materia\u0142u. Zazwyczaj mamy do czynienia z matryc\u0105 fazy kubicznej, z pewnym udzia\u0142em niestabilnej fazy tetragonalnej.<\/p>\n

3. Tetragonalne polikryszta\u0142y tlenku cyrkonu<\/strong><\/p>\n

W latach 70. XX wieku wykazano, \u017ce ziarna mniejsze ni\u017c p\u00f3\u0142 mikrometra, przy bardzo niskich st\u0119\u017ceniach stabilizatora itrowego, mog\u0105 tworzy\u0107 materia\u0142y, w kt\u00f3rych udzia\u0142 ustabilizowanej fazy tetragonalnej przekracza 98%. Aby uzyska\u0107 efekty wzmocnienia, kluczowe jest, by rozmiar ziaren nie przekracza\u0142 0,3 \u03bcm<\/p>\n

Ostatnio pojawi\u0142a si\u0119 kolejna rodzina materia\u0142\u00f3w ceramicznych wzmocnionych na bazie cyrkonu: tzw. nanomateria\u0142y, w kt\u00f3rych wa\u017cne jest utrzymanie rozmiar\u00f3w ziaren poni\u017cej 110 nm, aby uzyska\u0107 w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechaniczne \u2013 takie jak odporno\u015b\u0107 na p\u0119kanie \u2013 przewy\u017cszaj\u0105ce aktualne parametry istniej\u0105cych materia\u0142\u00f3w.<\/p>\n

\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n

Wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 na rozci\u0105ganie cyrkonii w zale\u017cno\u015bci od zawarto\u015bci itru<\/strong><\/h2>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

Kluczowym aspektem przy stosowaniu materia\u0142\u00f3w ceramicznych jest ich ograniczona wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 na rozci\u0105ganie. Gdy \u0142o\u017cysko jest osadzane na wale obrotowym, podlega jego rozszerzalno\u015bci cieplnej, co wprowadza je w stan rozci\u0105gania, kt\u00f3ry \u2013 je\u015bli przekroczy granice materia\u0142u \u2013 prowadzi do jego p\u0119kni\u0119cia.<\/p>\n

Wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 na rozci\u0105ganie cyrkonii w zale\u017cno\u015bci od ilo\u015bci itru ma przebieg zbli\u017cony do wykresu przedstawionego na Rysunku 1, z maksimum w okolicach warto\u015bci 3% mol (udzia\u0142 molowy) oraz warto\u015bciami wytrzyma\u0142o\u015bci na rozci\u0105ganie w zakresie 600\u2013800 MPa.<\/p>\n

\"Wytrzyma\u0142o\u015b\u0107<\/p>\n

\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n
\n

Rysunek 1.\u00a0Wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 na rozci\u0105ganie cyrkonii stabilizowanej itrem w funkcji zawarto\u015bci itru.<\/strong><\/p>\n

Cuscinetti in ossido di zirconio<\/h2>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

Poni\u017cej przedstawiono podstawowe w\u0142a\u015bciwo\u015bci \u0142o\u017cysk z tlenku cyrkonu:<\/p>\n

    \n
  • Izolacja elektryczna<\/li>\n
  • Niska przewodno\u015b\u0107 cieplna<\/li>\n
  • Wysoka odporno\u015b\u0107 na korozj\u0119 i dzia\u0142anie kwas\u00f3w, z wyj\u0105tkiem kwasu fluorowodorowego (HF)<\/li>\n
  • \u015arednie tarcie (twardo\u015b\u0107 HV > 1400)<\/li>\n<\/ul>\n

    Odporno\u015b\u0107 na wysok\u0105 temperatur\u0119:<\/p>\n

      \n
    • Bez koszyka (\u201efull complement\u201d) : 500 \u00b0C<\/li>\n
    • Z koszykiem z PEEK: 300 \u00b0C<\/li>\n
    • Z koszykiem z PTFE: 250 \u00b0C<\/li>\n<\/ul>\n

      Rysunek 2 przedstawia typowy program spiekania wyrobu z cyrkonii. Po pierwszej, wolniejszej rampie nagrzewania, umo\u017cliwiaj\u0105cej wypalenie ewentualnych produkt\u00f3w organicznych, osi\u0105ga si\u0119 optymaln\u0105 temperatur\u0119 spiekania, a nast\u0119pnie przeprowadza si\u0119 kontrolowane ch\u0142odzenie a\u017c do temperatury otoczenia.<\/p>\n

      \"Program<\/p>\n

      Rysunek 2. Program spiekania cyrkonii.<\/p>\n

      Spiekanie (wypalanie) powoduje, \u017ce cz\u0105stki proszku ulegaj\u0105 przemianie swojej struktury w stanie sta\u0142ym, bez przechodzenia w stan ciek\u0142y. Migracja atom\u00f3w, aktywowana przez wysok\u0105 temperatur\u0119, umo\u017cliwia tworzenie si\u0119 mi\u0119dzy cz\u0105stkami stref po\u0142\u0105cze\u0144, kt\u00f3re nast\u0119pnie si\u0119 powi\u0119kszaj\u0105, a\u017c do powstania struktury, w kt\u00f3rej puste przestrzenie (pory) pomi\u0119dzy cz\u0105stkami zostaj\u0105 wyeliminowane, co pozwala uzyska\u0107 materia\u0142 o bardzo wysokiej g\u0119sto\u015bci.<\/p>\n

      Rysunek 3 przedstawia fragment elementu z cyrkonii po spiekaniu. Mo\u017cna zaobserwowa\u0107 mikrostruktur\u0119 ceramiki, z widocznymi ziarnami oraz obszarami ich rozdzielenia (granice ziaren).<\/p>\n

      \"Mikrofotografia<\/p>\n

      Rysunek 3. Mikrofotografia elementu z cyrkonii spiekanej.<\/p>\n

      Wyb\u00f3r najlepszych komponent\u00f3w zaczyna si\u0119 od dog\u0142\u0119bnej znajomo\u015bci materia\u0142\u00f3w!<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      W tym artykule porozmawiamy o \u0142o\u017cyskach ceramicznych lub \u0142o\u017cyskach ceramicznych z cyrkonu, ze szczeg\u00f3lnym naciskiem w\u0142a\u015bnie na materia\u0142 tych \u0142o\u017cysk….<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":2300,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"class_list":["post-2299","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2299","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2299"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2299\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2301,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2299\/revisions\/2301"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/media\/2300"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2299"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}