Gevorderde taaiheid vir industriële toepassings
Zirconia geharde alumina (ZTA) keramiekkomponente kombineer die hardheid en sterkte van alumina met sirkoniumoxide se voortreflike breuktaaiheid om werkverrigting en lang lewe vir industriële toepassings te lewer.
Stres-geïnduseerde transformasie van fyn tetragonale sirkoniumoxide deeltjies ingebed in 'n alumina matriks lei tot ZTA materiale met voortreflike sterkte en taaiheid, geskik vir gebruik in verskeie moeilike omgewings.
Taaiheid
ZTA-materiale kombineer die hardheid van alumina met sirkonia se taaiheid vir ongeëwenaarde weerstand teen slytasie en skuur. Hierdie effek word moontlik gemaak deur stres-geïnduseerde transformasie-verharding: wanneer gestres word, sirkoniumpartikels gaan oor van hul metastabiele tetragonale fase na stabiele monokliniese vorm; volume-uitbreiding wat deur hierdie strukturele verandering veroorsaak word, help om enige krake binne 'n aluminamatriks te sluit en taaiheid aansienlik te verhoog.
ZTA bevat sirkoniumplaatjies wat tydens sintering in 'n aluminamatriks kern vorm, verbeter breuktaaiheid en sterkte terwyl breuktaaiheid verhoog word, die skep van 'n materiaal met 'n groter buigsterkte as Y-TZP en tot twee keer sy sikliese moegheidssterkte. Hierdie kombinasie van taaiheid van alumina gekombineer met sirkoniumsterkte maak ZTA 'n uitstekende materiaalkeuse vir industriële toepassings wat skadeweerstand vereis.
Duursaamheid
Zirconia geharde alumina (ZTA) spog met uitstaande buig- en druksterktes, met lae termiese uitsetting gelykstaande aan dié van alumina en uitstekende slytweerstandseienskappe.
Sirkoon-geharde alumina word geskep deur vierkantige sirkoniumkorrels via stresgeïnduseerde transformasie by 'n harde alumina-matriks te voeg, om hulle in sy struktuur in te sluit, terwyl hulle transformasie tot plaaslike gebiede beperk word in plaas daarvan om deurgaans te versprei.
Hierdie meganisme maak alumina-sirkonium-komposiete baie duursaamer as monolitiese sirkonium as gevolg van hul weerstand teen waterabsorpsie deur chemisorpsie; monolitiese sirkonia kan polêre watermolekules absorbeer wat lei tot lae temperatuur degradasie en uiteindelik afbreek na langtermyn gebruik.
ZTA, aan die ander kant, is spesifiek ontwerp om hierdie tetragonale-tot-monokliniese transformasie te fasiliteer deur strukturele kenmerke en chemiese bymiddels. CeramTec bemark Biolox Delta ZTA as voorbeeld; hierdie formulering bevat yttrium en strontiumaluminaat om verhardingsmeganismes binne die sirkoniumfase te fasiliteer en het gevolglik minder risiko van lae temperatuur degradasie terwyl dit hoë temperatuur omgewings weerstaan.
Korrosieweerstand
ZTA-keramiek bied uitstekende korrosiebestandheid bo hul alumina-eweknieë en kan dus gebruik word in toerusting wat onderhewig is aan moeilike omgewings. Verder, ZTA kan hoër temperature weerstaan terwyl dit groter chemiese stabiliteit bied.
Garvie et al (1975) getoon dat byvoeging 10-20% ongestabiliseerde sirkoniumoxide kan taaiheid aansienlik verbeter in vergelyking met alumina, deur transformasie-verharding. Hierdie proses vind plaas wanneer fyn verspreide tetragonale metstabiele neerslae onder spanning verander in monokliniese sirkoniumoxide wat volume-uitsetting veroorsaak wat krake saamdruk en hul voortplanting vertraag of stop..
Hierdie meganisme lyk soos dié van vervorming-geïnduseerde spannings; egter, om faseveranderinge te veroorsaak, moet die stresveld groot genoeg wees; vir krake in ZTA-monsters kom hierdie energie van buigspanning by breukplekke.
Hitteweerstand
Zirconia Toughened Alumina spog met 'n buitengewone hoë smeltpunt en weerstand teen korrosie, maak dit die ideale materiaal vir toerusting wat gereeld aan hoë temperature blootgestel word. Verder, hierdie variant het groter wrywing-weerstand as standaard alumina, help om slytasie te verminder op toerusting wat aan hoër vlakke van kinetiese energie blootgestel word.
ZTA keramiek word geskep deur stres-geïnduseerde transformasie van tetragonale sirkoon-deeltjies in 'n alumina-matriks, skep drukspannings binne hulle wat kraakvoortplanting voorkom, verhoging van beide sterkte en taaiheid, terwyl die verskaffing van termiese skok weerstand sonder breuk of krake. Hulle spog met uitstekende weerstand teen termiese skok; weerstand teen vinnige veranderinge in temperatuur sonder breuk of krake onder spanning.
Sirkoon-geharde alumina het baie gebruike in verskeie nywerhede as gevolg van sy groot stel eienskappe. Meganiese ingenieurswese gebruik dit vir pompkomponente en seëls; halfgeleierverwerking gebruik dit as gevolg van sy termiese stabiliteit en sterkte; lugvaart, motor- en kragindustrieë gebruik dit as enjinonderdele as gevolg van sy weerstand teen korrosie en harde chemikalieë; dit kan selfs hoë buigsterktes vir tandheelkundige inplantings weerstaan!