هنگامی که فرآیندهای صنعتی دمای را به حد افراطی ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد افزایش می دهند یا شامل ذوب فلزات گرانبها هستند که مستعد آلودگی شیمیایی هستند،خازن های آلومینیوم معمولی اغلب شکست می خورند و نشانه های نرم شدن را نشان می دهند.در این محیط های سخت، انتخاب مواد آتش شکن مناسب فقط یک تصمیم فنی نیست.اما یک عامل مهم در تعیین بهره وری تولید و خلوص محصولزرکونیا (ZrO2) به دلیل مقاومت حرارتی استثنایی و بی عمل بودن شیمیایی به عنوان انتخاب اصلی برای کاربردهای دمای بالا ظاهر شده است.
زرکون خالص در هنگام گرم شدن از تحولات فازی دراماتیک ساختار کریستالی رنج می بردهمراه با انبساط و انقباض حجم قابل توجهی که معمولا باعث می شود خروجی ها در طول چرخه های خنک کننده شکسته شوندبرای غلبه بر این محدودیت فیزیکی، ثبات دهنده هایی مانند یتریا (Y2O3) یا کلسیا (CaO) باید برای تغییر ساختار شبکه آن اضافه شوند.سنگ شکن های زیرکونی دارای ویژگی های مهندسی متمایز هستند:
- 3Y-TZP (3٪ یتریا-استقرار زرکونیا):این نوع که عمدتاً از فاز کریستالی تترگونال تشکیل شده است، دارای قدرت مکانیکی استثنایی و مقاومت در برابر فرسایش است، که آن را برای اجزای ساختاری ایده آل می کند.
- 5Y-PSZ (۵٪ یتریا-استبالیزه شده زیرکونیا):به عنوان زيرکونيايي جزئي استقرار يافته، داراي ميکروساخت هاي منحصر به فردي است که به طور موثر گسترش ميکرو ترک را سرکوب مي کند،ارائه مقاومت فوق العاده در برابر شوک حرارتی برای کاربردهایی که شامل چرخه های گرم و خنک سریع هستند.
- 8Y-FSZ (8٪ یتریا-استقرار زرکونیا):زرکونیا کاملاً پایدار ساختار کریستالی مکعب بسیار پایدار را حفظ می کند و باعث می شود که این ماده برای کاربردهای درجه حرارت فوق العاده بالا بیش از 2200 درجه سانتیگراد انتخاب شود.
انتخاب سنگ شکن های زرکونیا عمدتاً به سه عامل مهم بستگی دارد:
- شکستن موانع دما:در حالی که آلومینیوم با خلوص بالا در 1700 درجه سانتیگراد به حد عملکرد خود می رسد، سنگ شکن های زرکونیوم در 2200 درجه سانتیگراد و فراتر از آن ثبات ابعاد عالی را حفظ می کنند.بدون نشان دادن نشانه های نرم شدن یا دوباره بلوری شدن.
- مقاومت در برابر شوک حرارتی:در فرآیند گرمایش تحرک یا خاموش کردن سریع، زرکونیا 5Y تا حدودی پایدار شده، استرس حرارتی را از طریق تحولات فاز میکروسروکتوری داخلی جذب می کند.جلوگیری از خرابی ساختاری ناشی از گرادیان درجه حرارت.
- اطمینان از خلوص شیمیایی:خستگی شیمیایی قابل ملاحظه ی زرکونیا باعث می شه که آن را برای دست زدن به سنگ های اسیدی، فلزات واکنش پذیر، یا مواد نیمه هادی با پاکیزه ی بالا، ایده آل کند.به طور موثر از واکنش های بین سنگ شکن و محتوای ذوب شده برای حفظ خلوص محصول جلوگیری می کند..
علیرغم عملکرد برترش، هزینه های بالای مواد زرکونیا و فرآیند پیچیدگی سینتر کردن به این معنی است که این یک راه حل جهانی نیست.برای عملیات آزمایشگاهی معمولی زیر 1600 درجه سانتیگراد با گرم کردن تدریجی و حداقل حساسیت شیمیاییزرکونیا باید برای کاربردهای واقعاً شدید، درجه حرارت فوق العاده بالا، محیط های خوردگی قوی،یا فرایندهای تولیدی با کیفیت خالصتنها با تطبیق دقیق خواص مواد با الزامات فرآیند، تولید کنندگان می توانند کیفیت تولید و هزینه های عملیاتی را بهینه کنند.
