Quali sono le differenze tra allumina e zirconia?

L'allumina è un materiale ceramico tecnico molto comune. Anche la zirconia, compresa quella stabilizzata con ittrio (YSZ), è ampiamente utilizzata nell'industria meccanica. Essendo entrambi materiali ossidi e potendo essere sinterizzati senza vuoto, condividono molte attrezzature di produzione e hanno un aspetto simile. Tuttavia, esistono ancora molte differenze tra questi due materiali.

Prezzo: Allumina vs Zirconia

La differenza più significativa tra questi due materiali è il prezzo. Il costo dell'ossido di zirconio è più che doppio rispetto a quello del miglior materiale in allumina. Uno dei motivi è il costo della materia prima. Rispetto allo Zr, l'Al è molto più abbondante nella crosta terrestre ed è molto più economico. D'altra parte, l'ossido di ittrio, ampiamente utilizzato come stabilizzatore per la zirconia, è un elemento delle terre rare con una fonte limitata.

Tuttavia, è il costo della formatura dell'ossido di zirconio che contribuisce in misura maggiore. La densità dell'ossido di zirconio è molto più alta di quella dell'allumina e la resistenza all'usura dell'ossido di zirconio è di gran lunga migliore di quella dell'allumina. Per rettificare gli stessi spessori di ossido di zirconio occorre quasi 10 volte più tempo rispetto all'allumina e consumare più utensili diamantati. Inoltre, poiché la resistenza agli shock termici dell'ossido di zirconio è scarsa e richiede una temperatura di sinterizzazione più elevata, anche il processo di sinterizzazione costa più dell'allumina.

Applicazioni: Allumina vs. Zirconia

Poiché la resistenza all'usura dell'ossido di zirconio è molto migliore, viene spesso utilizzata come mortaio e pestello, vasi di macinazione e mezzi di macinazione, sfere per cuscinetti e parti in ceramica di valvole e pompe. I componenti in zirconio durano più a lungo nelle macchine e presentano una minore contaminazione rispetto alle giare di macinazione. L'ossido di zirconio è generalmente migliore nelle applicazioni meccaniche, ma l'allumina è un materiale più resistente ai proiettili grazie alla sua minore densità.

Sebbene l'ossido di zirconio possa resistere a temperature più elevate, l'applicazione nei forni industriali è rara. Il vantaggio in termini di temperatura di esercizio non è significativo, mentre il costo dell'ossido di zirconio è molto più elevato.

Lo ZrO2 ad alta densità offre anche una migliore resistenza alla corrosione. La zirconia può sopravvivere più a lungo in ambienti altamente corrosivi ed è considerata un materiale migliore nei laboratori di chimica.

In generale, l'ossido di zirconio ha prestazioni migliori se non si considerano la densità e la resistenza agli shock termici. Tuttavia, il costo elevato ne limita l'applicazione e lascia la maggior parte del mercato all'allumina.