지르코늄 세라믹 제품, 미래 가능!

지르코늄 세라믹 제품, 미래 가능!
지르코늄계 도자기 재료는 선진 도자기에서 가장 중요한 재료로서 현대 첨단 기술 산업의 발전에 매우 중요한 기초 재료이다.
50년대 초부터 지르코니아 위주의 신형 세라믹을 연구하기 시작해 70년대 말 구조세라믹 중 강도와 근성이 가장 높고 상변할 수 있는 사방상 지르코니아 세라믹을 만들었다.
지르코늄은 응용이 광범위하고 시장이 넓으며 구체적인 응용에는 고체연료전지, 자동차배기가스처리, 치과재료, 도자기도구 및 지르코늄도자기광섬유플러그 등이 포함된다.
휴대전화 5G 시대가 다가옴에 따라 지르코늄 세라믹은 옥처럼 촉감이 따뜻하고 스크래치에 강하며 무신호 차단, 발열 성능이 우수한 등의 특성을 가지고 있어 다시 산업의 이슈가 되고 있다.지르코늄 세라믹 핸드폰 후면판 산업이 빠르게 흥기하여 자본을 우르르 몰려들게 하고 100억 위안의 신흥 산업 시장을 미친 듯이 쟁탈하게 하였다.
지르코니아 세라믹은 광택이 나고 외관이 아름다우며 원가가 비교적 낮아 착용할수 있는 절호의 재료로서 최근년간 지능착용에도 널리 응용되고있다.
지르코늄 세라믹은 고경도, 고내마모, 좋은 고온열 안정성 및 내열 충격 성능을 가지고 있다.지르코늄 세라믹의 발전에 따라 그 응용 분야는 과거의 내화 재료 등 분야에서 현재의 구조 세라믹, 생물 세라믹 및 전자 기능 세라믹 등 분야로 확장되었고 우주 항공과 핵 공업 등 첨단 기술 분야에서도 활발한 응용을 하고 있다.

다공성 도자기 분야에서의 응용
ZrO2 다공질 세라믹은 용해점이 높고 경도가 높으며 열전도율이 낮고 열 안정성이 좋고 고온의 웜이 작아지는 등의 특성을 가지고 있을 뿐만 아니라 다공질 세라믹의 밀도가 작고 강도가 높으며 기공률이 높고 표면적보다 크며 유체에 대한 자폐성이 강하고 여과 흡착성이 좋은 등의 특징을 가지고 있다.
또한 ZrO2의 마씨체 상변은 상변 강인, 미세 균열 강인 및 미산 강인 등의 강인 효과를 낼 수 있으며, 다공성 세라믹의 강인성과 강도를 크게 향상시킬 수 있다.

촉매 분야에서의 응용
지르코늄은 산성 중심과 알칼리성 중심뿐만 아니라 산화성과 환원성을 가진 독특한 산화물로 촉매의 활성 성분과 비교적 강한 상호작용을 일으키기 쉽다.다공성 ZrO2 세라믹은 우수한 촉매와 촉매 운반체로 사용할 수 있다.전안정 지르코늄이 높은 산소이온 전도율을 가진 특성을 이용하여 산소센서와 고체연료전지 전매체 등 기능재료 분야에서 ZrO2 다공성 세라믹의 광범위한 응용을 실현할 수 있다.

보온 단열 분야에서의 응용
ZrO2 다공질 세라믹은 세라믹 소재와 공극 구조의 장점을 결합하여 보온 단열 방면에서 광범위하게 응용된다.례를 들면 우주비행체와 공정구조재료 (예를 들면 터빈날개, 제트엔진 등) 는 렬악한 환경에서 특수한 재료를 보호해야 한다.이러한 보호층 재료는 보호된 재료가 부식, 마모, 충식되지 않도록 해야 할 뿐만 아니라 단열 작용도 해야 한다.지르코늄기 재료를 다공성 세라믹으로 만들면 열전도율을 더욱 낮추고 밀도를 줄일 수 있다.이와 동시에 다공도자기의 구멍구조는 열팽창의 불일치로 인한 응력도 완화시킬수 있다.

필터링 적용
지르코늄 세라믹 필터는 최고 1760 ℃ 의 온도를 사용하며, 각종 주강 부품과 대형 주철 부품, 고온 모합금 및 항공 주물, 자성 재료, 구리 마그네슘 합금 연결 주조 및 비철금속 합금 저압 주조 분야에 널리 사용된다.

구조 도자기 분야에서의 응용
지르코늄 세라믹은 역학적 성능이 비교적 좋아 공학 구조 재료로 매우 광범위하게 응용된다.
① 세라믹 베어링
지르코니아 전체 세라믹 베어링은 내마모성, 내부식, 내고온, 내고한, 무유자윤활, 항자기전절연 등의 특징으로 극도로 열악한 환경 및 특수 작업 상황에 사용할 수 있다.
② 세라믹 밸브
금속재료 자체의 제한을 받기 때문에 금속의 부식 파괴는 밸브의 내마모성 작용 기한, 신뢰성, 사용 수명에 상당한 영향을 미친다.지르코늄 세라믹 밸브는 우수한 내마모성, 방부성, 고온, 내열진성을 가지고 있어 전통적인 금속합금 밸브를 효과적으로 대체할 수 있으며 특히 열악한 작업 환경에서 마모를 효과적으로 낮추고 내부식성을 높여 수명을 크게 높일 수 있다.
③ 재료 연마
지르코늄은 높은 경도와 내마모성을 가지고 있기 때문에 지르코늄은 마모와 연마기 분야에서 광범위하게 응용되고 있다.예를 들어 볼 연마기와 볼 연마기 내부 안감과 내마모성 부품, 견사 모형 등이다.
지르코늄 연마구는 경도가 크고 마모율이 적으며 사용 수명이 길기 때문에 연마 원료의 오염을 대폭 줄일 수 있고 제품의 품질을 잘 보장할 수 있으며 동시에 지르코늄 재료의 밀도가 높아 연마 매체로 사용할 때 충돌 에너지가 강하여 연마 분산 효율을 크게 높일 수 있다.좋은 화학적 안정성은 산성 및 알칼리성 매체에서 사용할 수있는 내식성을 결정합니다.

기능 도자기 분야에서의 응용
① 도자기 공구
지르코니아 세라믹 칼은 고강도, 내마모, 녹슬지 않음, 무산화, 내산성 알칼리, 정전기 방지, 음식과 반응하지 않는 특징을 가지고 있으며, 동시에 칼체의 광택이 옥과 같이 이상적인 하이테크 녹색 칼이며, 주로 지르코니아 세라믹 식칼, 가위, 면도기, 메스 등이 있다.
② 고온 발열 소자
지르코늄은 상온에서 절연재료로 저항보다 1015· cm 높아 온도가 600 ℃ 로 올라가면 전기를 전도할 수 있지만 1000 ℃ 이상일 때는 양도체로 1800 ℃ 의 고온 발열 소자로 작동할 수 있으며 최고 작동 온도는 2400 ℃ 에 달할 수 있어 현재 2000 ℃ 이상의 산소화 분위기에서의 발열 소자 및 그 설비에 성공적으로 사용되고 있다.
③ 바이오 세라믹 재료
지르코니아 세라믹 재료가 생물의학 분야에서 가장 흔히 볼 수 있는 응용은 치과 복원 재료로 쓰인다.지르코니아 재질을 이용하여 만든 도자기는 투명도가 좋고 광택도가 뛰어나며 품질이 우수하다. 지르코니아 재질의 강인성은 일반 도자기 이빨이 쉽게 무너지는 단점을 보완한다. 생물 상용성이 좋고 구강 점막 조직을 자극하지 않으며 청결하기 쉽다. 현재 국내외에서 가장 우수한 품질의 도자기 이빨로 도자기 이빨 가족 중의 귀족이라고 할 수 있다.이 밖에 지르코늄 재료는 인공 골격, 인공 관절 등을 만들어 의료 목적으로 사용할 수 있다.
④ 코팅 재료
고성능 Y2O3 등 안정제가 안정적인 지르코니아 열장벽 세라믹 코팅 소재로 고성능 터보 항공엔진에 주로 활용된다.열장벽 코팅은 세라믹의 단열과 부식 방지 특징을 이용하여 금속재를 보호하여 기름의 연소 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 수명을 크게 연장시킬 수 있다.항공, 우주, 해면선박, 대형화력발전과 자동차동력 등 면에서 중요한 응용가치를 갖고있다.
⑤ 통신자료
현재 세라믹 플러그와 튜브는 광섬유 커넥터에 널리 사용되고 있으며, 질긴 지르코늄 세라믹은 우수한 역학적 성능, 내부식 및 높은 절연 성능을 가지고 있어 이 분야를 감당할 수 있다.고강도, 고인성 도자기로 만든 도자기 코일은 고정밀도 요구를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용 수명이 길고 삽입 손실과 반환 손실이 매우 낮다.
⑥ 산소 센서
지르코늄의 주요 성분으로 형성된 압전 재료는 이미 광범위하게 응용되었다.지르코늄을 이용하여 만든 산소 센서는 민감도가 높아 이미 용융된 쇳물의 산소 함유량을 측정하고, 엔진의 산소와 가스의 비율을 측정하며, 공업 폐기의 산소 함량을 측정하는 데 대량으로 사용되었다.지르코늄 세라믹 소재는 온도, 소리, 압력, 가속도 센서 등 지능형 자동화 감지 시스템도 만들 수 있다.
⑦ 보석 재료
지르코니아 큐빅 소재는 천연 큐빅 지르코늄과 인공합성 큐빅 지르코늄 두 종류로 나뉜다.인공합성 큐빅 지르코늄은 광학 성능이 우수하고 질이 가볍고 내마모성이 있으며 민감성에 강하고 착용감이 쾌적하여 값싸고 아름다운 다이아몬드 대체품이다.그것은 현재 비교적 유행하는 보석 재료 중의 하나로, 각 대형 보석 브랜드의 각광을 받고 있다.

스마트 웨어러블 분야에서 지르코니아 세라믹의 장점
현재 스마트 웨어러블 기기는 주로 운동 및 건강 분야에 응용되고 있는데, 예를 들면 운동량 기록, 심박수 검측 등, 인공지능 기술의 발전에 따라 스마트 웨어러블 기기는 날로 지능화되어 우리 생활에서 없어서는 안 될 용품이 될 것이다.
기존 스마트 웨어러블 기기의 케이스는 금속이나 플라스틱을 많이 사용한다.금속은 비록 열 방출 효과가 더 좋지만, 이것도 양날의 칼이다. 왜냐하면 금속의 열전도성은 설비를 뜨겁게 하여 촉감에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 또한 금속은 보통 양극 산화와 다색 페인트 처리를 사용한다. 만약 물리적 충돌이 발생하면 페인트가 쉽게 벗겨지고 산화되기 때문이다. 광택도를 줄이고 미관에 영향을 미친다.플라스틱의 질감이 좋지 않고 금속, 유리로 인한 프리미엄감에 비해 상대적으로 암담하다. 비록 제조업체가 끊임없이 꽃무늬, 모조가죽 등 부동한 설계원소를 첨가한다 하더라도 감촉으로 말하면 여전히 비교적 손색이 없다. 열방출효과가 보통이고 열량이 제때에 흩어지지 않아 설비의 운행효과에 영향을 줄수 있다.
스마트 웨어러블 소재로서 도자기의 장점은 다음과 같다.
① 고경도, 내마모
지르코늄 세라믹은 경도로 볼 때 지르코늄 세라믹 모스 경도가 8.5 정도로 사파이어9의 모스 경도에 매우 가깝고 일상적으로 사용하는 금속, 유리보다 경도가 높아 스크래치나 스크래치가 잘 생기지 않으며 스프레이, 양극, PVD에 비해 탈색, 퇴색, 마모 등 불편한 문제를 극복해 비교우위에 있다.
② 피부 친화성, 알레르기 없음
강철 시계에는 니켈과 같은 물질이 함유되어 있으며, 땀의 화학 성분 (소금 이온) 은 케이스에 있는 이러한 금속 원소를 더욱 활발하게 (이온화) 시켜 피부 이상을 일으킬 수 있다.세라믹 재질은 금속 이온이 석출되지 않고 열전도율이 낮기 때문에 착용할 때 알레르기를 일으키지 않으며 금속, 플라스틱에 비해 피부에 더 가깝고 인체와 상용성이 좋아 세균이 잘 생기지 않는다.
③ 발열성, 균일열성이 좋다
열방출성이 좋고 균일열성도 좋으며 설비의 열전도문제를 효과적으로 해결하는것은 가장 좋은 열방출방안해결재료이다.
④ 옥의 질감, 부드러운 빛깔
도자기는 옥석의 빛깔과 질감을 구비하고 희토류원소를 첨가하여 인공적으로 색조를 조절할수 있으며 색갈이 변화무쌍하고 아름다우며 제품의 등급과 소비자의 흡인력을 높일수 있다.지르코늄은 광택을 낸 후 옥 같은 질감이 있어 보석에 버금가는 고급 외관 장식 소재로 시각적 미감이 있다.
⑤ 신호를 차단하지 않음
개전 상수는 사파이어의 3배, 신호가 더욱 민감하고 전기가 절연되며 무선충전을 실현할수 있으며 신호차단이 없으며 지능설비의 위치확정, 전화, 지불, 지하철의 시계신호기능을 지원한다.
⑥ 대량 생산에 적합하고 낮은 비용
나노파우더 국산화의 관건기술은 이미 돌파하여 도자기의 양산을 만족시켰으며 양산성형방법에는 건압, 주사, 류연, 겔주형 등 여러가지가 있어 생산원가가 비교적 낮다.