La zircone ou oxyde de zirconium

La zircone ou oxyde de zirconium est une céramique polycristalline, ce qui veut dire qu’elle ne contient pas de phase vitreuse. Elle dispose de nombreuses propriétés mécaniques et thermiques comme une excellente résistance aux températures élevées, une très bonne inertie chimique et une haute stabilité dimensionnelle. Ces caractéristiques font de la zircone céramique un matériau de choix pour des applications réfractaires, ou encore des utilisations hautes-performances dans le médical. On peut la trouver naturellement dans certains minéraux ou l’obtenir par dérivation chimique du zircon.

zircone01.jpg

Quelles sont les propriétés de la zircone céramique ?

La zircone est une céramique technique connue pour sa résistance aux hautes températures et aux chocs thermiques. Elle possède également une densité assez élevée pour un matériau céramique (5,8 g/cm3 de masse volumique) et une dureté remarquable. Il s’agit par ailleurs d’un bon isolant thermique, elle devient conductrice d’électricité à haute température vers 800 °C.

Son excellente stabilité dimensionnelle, même à très haute température et sa résistance mécanique (résiste à l’usure, à la corrosion et à l’abrasion mécanique) lui permettent d’offrir une grande longévité opérationnelle, en particulier dans l’industrie chimique, par exemple comme composant de pompe.

Enfin, ce qui différencie l’oxyde de zirconium des autres matériaux céramique comme l’alumine, ce sont son excellente inertie chimique et sa biocompatibilité avec le corps humain. Ces deux propriétés en font le matériau idéal pour des applications médicales.

Matériau FZM (Mg-PSZ) DEGUSSIT FZY 3Y-TZP 8Y-FSZ DEGUSSIT ZR25 FZM+
Microstructure
Composition (en poids) ZrO2 + 3,2 % MgO ZrO2 + 8,2 %Y2O3 ZrO2 + 5,2 %Y2O3 ZrO2 + 13 %Y2O3 ZrO2 + MgO ZrO2 + MgO
Densité >5,70 >5,50 6,05 5,7 >4,3 >5,75
Porosité ouverte (%) 0 0 0 0 24 0
Taille de grain (µm) 50 30 <0,5     25
Propriétés mécaniques
Résistance à la compression (MPa) 2000 2000   1500   2000
Résistance à la flexion (MPa) 500 400 1150 180 40 900
Module d'élasticité (GPa) 185 200 200-250 160   215
Propriétés thermiques
Température maximale d'utilisation (°C) 900 1700 1200 2000 2200 500
Chaleur spécifique (J/Kg.K) 400 400       490
Conductivité thermique à 100 °C (W/m.K) 3 2,5 2,5-3 2,5   3,75
Conductivité thermique à 1000 °C (W/m.K) 2          
Coefficient de dilatation (10-6/K) 10,6 10,9 9,6 11 6-7 10,3
Propriétés électriques
Résistance à 20 °C (ohm.cm) 1010         1010
Résistance à 1000 °C (ohm.cm) 84 15        

Quels sont les différents types de zircone ?

Nous proposons des produits en différents types de zircone. La zircone partiellement stabilisée à l’oxyde de magnésium (FZM (Mg-PSZ)) est particulièrement dure, dense et résistance à l’usure, ce qui en fait un très bon choix pour la fabrication de composants subissant des frottements et frictions comme des pièces de pompes. La zircone FZM+ est une version “améliorée” de l’oxyde de zirconium stabilisé à la magnésie : elle propose notamment une résistance à la flexion bien meilleure (900 MPa contre 500 pour la FZM classique).

Nous proposons aussi 3 types de zircone stabilisée à l’oxyde d’yttrium. La zircone DEGUSSIT FZY est partiellement stabilisée avec 5 % molaire d’oxyde d’yttrium. L’oxyde de zirconium 3Y-TZP est partiellement stabilisée avec 3 % molaire d’oxyde d’yttrium. Enfin, la zircone 8Y-FSZ est complétement stabilisée avec 8 % molaire d’oxyde d’yttrium, sous forme cubique qui peut résister à des températures atteignant les 2000 °C.

Pour finir, nos produits peuvent aussi être obtenus en zircone DEGUSSIT ZR25, partiellement stabilisée à l’oxyde de magnésium. C’est une zircone poreuse, elle résiste le mieux aux températures élevées (jusqu’à 2200 °C) ainsi qu’aux chocs thermiques.

billes-en-ceramique-02.jpg

Nos produits standards en oxyde de zirconium

Nos produits standards comportent des gammes de billes de précision en zircone 3Y-TZP, ainsi que des tubes et gaines conçus spécialement pour les sondes à oxygène en DEGUSSIT FZY. Nous vendons aussi des creusets cylindriques à fond plat en zircone céramique, des creusets coniques formes hautes, et des boîtes de combustion, qui sont des produits idéaux pour des applications à haute température.

Nous proposons également des semi-produits en oxyde de zirconium : des plaques rondes et rectangulaires, des barreaux, des batônnets et des réglettes. Enfin, nous pouvons usiner des pièces sur plans sur demande lorsque nos clients ont des demandes particulières pour des pièces de précision.

zircone02.jpg

Les domaines d’utilisation de la zircone

Les zircones sont des matériaux très souvent utilisés pour leurs propriétés comme la résistance à l’usure, aux chocs thermiques et aux hautes températures dans des secteurs d’application nécessitant l’utilisation de matériaux réfractaires comme des pistons pour pompes haute pression, des pièces d’usure dans l’industrie, des lames de coupes, la fonte de métaux précieux ou des soles de glissement.

On retrouve aussi la zircone dans le domaine de l’électronique et surtout dans le médical. En effet, ses très bonnes propriétés comme son excellente résistance à l’usure permettent de fabriquer des composants durables. De plus, l’inertie chimique de l’oxyde de zirconium et sa biocompatibilité avec le corps humain le rendent idéal pour des applications médicales comme la fabrication de prothèses de hanches pour remplacer les prothèses métalliques ou encore plus souvent pour la confection d’implants dentaires ou couronnes avec un aspect naturel.