أثبتت الألومينا المقوية بالزركونيا خواصها الميكانيكية الفائقة مقارنة بالزركونيا المتجانسة, بما في ذلك صلابة الكسر وقوة الانثناء. ينبع استقرار ZTA من طور المصفوفة الذي يحمي ويقيد تحول حبيبات الزركونيا الرباعية, مساعدتها على تحمل التدهور في ظل الظروف الحرارية المائية داخل الجسم.
قوة العاطفة
وذلك بإضافة الزركونيا إلى سيراميك الألومينا, يتم إنشاء الألومينا المقواة بالزركونيا. تتميز هذه المادة بقوة انثناء فائقة ومتانة ميكانيكية في المواقف التي تتطلب ذلك, كما أنه يقاوم التآكل الكيميائي وكذلك التعرض لسوائل الجسم.
يمكن لألومينا الزركونيا المقوية أن تتحمل التقلبات السريعة في درجة الحرارة بسبب جزيئات الزركونيا المنتشرة داخل مصفوفة الألومينا التي تمتص الطاقة الحرارية وتخلق ضغوطًا ضاغطة لمنع التشقق, مما يجعلها مناسبة للاستخدام في التطبيقات الصناعية المختلفة مثل مكونات الفرن ومحركات التوربينات البخارية.
يجمع هذا السيراميك المركب بين الصفات الرائعة لكل من الألومينا والزركونيا لتوفير قوة إضافية ومقاومة للصدمات الحرارية, مع صلابة متفوقة, قوة الانحناء, صلابة الكسر ومقاومة التآكل التي تتجاوز 99% الألومينا النقية من حيث الصلابة, المتانة ومقاومة التآكل.
صلابة الكسر
تعمل الزركونيا على تحسين صلابة الكسر في سيراميك الألومينا من خلال تشديد التحويل. عندما ضرب, تتحول الزركونيا المستقرة بالإيتريوم إلى هياكل بلورية أحادية الميل تنتج ضغطًا ضاغطًا يمنع انتشار التشققات.
تعتبر الألومينا المقوية بالزركونيا مادة مثالية لإنشاء أدوات القطع بسبب صلابتها, الاستقرار الحراري ومقاومة الاحتكاك. بالإضافة إلى, تساهم خصائصها الميكانيكية الفائقة بشكل كبير في متانتها وموثوقيتها.
تتميز ZTA التي يتم إنتاجها عن طريق الجيلكاستينغ بمزيج استثنائي من قوة الانثناء, صلابة الكسر, التوافق الحيوي ومقاومة الحرارة/التآكل مما يجعلها مناسبة لجراحة استبدال مفصل الورك. من خلال عمليات الصب الجيلي، من الممكن أيضًا تخصيص معلمات الصلابة والكسر وقوة الانحناء عن طريق تغيير مستويات التحميل الصلبة للملاط, سمك القالب أو معلمات درجة حرارة التلبيد لتحقيق أقصى قدر من النتائج.
منحنيات الإجهاد والانفعال
تتميز مادة الألومينا المقواة بالزركونيا بقوة فائقة ومقاومة للتآكل, بالإضافة إلى الصلابة الاستثنائية لدعم الأحمال الثقيلة دون أن تتشوه تحت الضغط. بالإضافة إلى, فهو يتميز بمقاومة ممتازة للصدمات الحرارية مما يمكنه من تحمل التقلبات المفاجئة في درجة الحرارة دون التعرض للتدهور.
يزيد محتوى الزركونيا فوق حد معين من تدهور التقادم من خلال الشقوق الدقيقة التي تنشأ أثناء التبريد بعد التلبيد والتي تعمل كطرق تفضيلية لاختراق الماء في مادة السيراميك, مما يؤدي إلى تشكل شقوق صغيرة أثناء التبريد تعمل كمسارات تفضيلية لدخولها وانتشارها فيها. على العكس من ذلك, عندما تكون جزيئات الزركونيا تحت هذه العتبة تخضع للتحول الناجم عن الإجهاد من الطور الرباعي إلى الطور أحادي الميل مما يقلل من تدهور الشيخوخة.
قوة الشد
الألومينا المقوية بالزركونيا هي مادة صلبة ومتينة ذات مقاومة ممتازة للتآكل وخصائص الاستقرار الحراري, مما يجعلها مناسبة للمكونات التي تتطلب التبريد. بالإضافة إلى ذلك, توفر الأسطح المستقرة حراريًا مثل هذه التحكم الحراري بالإضافة إلى مقاومة الاحتكاك مما يجعلها الاختيار المثالي للمواد.
تحت الضغط, تخضع ZTA لمرحلة تحول من رباعي الزوايا إلى أحادي الميل مما يمنع انتشار الشقوق ويزيد من صلابة الكسر, ولكن تشير بعض الدراسات إلى أن زيادة مادة الزركونيا غير المستقرة تؤدي إلى انخفاض قوة الشد.
يحتوي سيراميك ZTA عادة على 10%-20% زركونيا, مما يسمح بتخصيصه خصيصًا لكل تطبيق. ZTA متوافق حيويا, مقاومة لدرجة الحرارة, مقاومة للتآكل, قوية بما يكفي لتحمل الضغط, بديل فعال من حيث التكلفة لسيراميك الزركونيا النقي ويمكنه تحمل درجات الحرارة العالية دون تدهور. عادةً ما يختاره مصنعو ختم الصمامات نظرًا لمقاومته للتآكل وقدراته على الاحتفاظ بالضغط – جميع الصفات مثالية لتطبيقات ختم الصمام.
قوة التأثير
تتميز الألومينا المقوية بالزركونيا بمقاومتها العالية للتآكل وتمتلك قوة ميكانيكية استثنائية, مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب الصلابة والمتانة في وقت واحد. بالإضافة إلى, تقدم ZTA وفورات في التكاليف مقارنة بسيراميك الزركونيا النقي.
يؤدي الجمع بين الألومينا والزركونيا إلى إنشاء سيراميك يتمتع بقوة انثناء أعلى, صلابة الكسر, ومقاومة التآكل من الألومينا النقية. ويمكنه تحمل الأحمال والتأثيرات الأعلى، وغالبًا ما يستخدم كترقية للألومينا القياسية في التصميمات التي تتطلب ميزات إضافية.
تشديد التحول يفسر هذه القوة المتزايدة; تحت ظروف التوتر, تتغير جزيئات الزركونيا من شكلها الرباعي إلى شكلها أحادي الميل وتتوسع, ضغط الشقوق في مصفوفة الألومينا وبالتالي يؤدي إلى قوة انثناء أعلى من YSZ (الشكلان 6 ج و د).
مقاومة التآكل
يوفر مزيج سيراميك ZTA المكون من الألومينا والزركونيا مقاومة فائقة للتآكل مقارنة بالسيراميك النقي 99% مواد الألومينا وحدها, ولها صلابة متفوقة, صلابة الكسر, قوة الانحناء, وخصائص الصلابة من منافسيها.
تتميز ZTA بمقاومة رائعة للتآكل والتآكل والتوافق الكيميائي, مما يجعلها مثالية للتطبيقات الصناعية التي تتطلب متانة ميكانيكية عالية. بالإضافة إلى, يتميز مزيج المواد بمقاومة ممتازة للصدمات الحرارية مما يسمح بتغيرات سريعة في درجة الحرارة دون تشقق أو كسر.
تعمل جزيئات الزركونيا المضافة إلى مصفوفة الألومينا على زيادة صلابة الكسر من خلال التقوية التحويلية, تأثير ناتج عن إجهاد جزيئات الزركونيا التي تتغير من الهياكل البلورية رباعية الزوايا إلى الهياكل البلورية أحادية الميل عند تعرضها لضغط الضغط, إنتاج ضغوط ضاغطة تمنع انتشار الشقوق وتزيد بشكل كبير من صلابة الكسر.
مقاومة الصدمات الحرارية
الألومينا المقوية بالزركونيا عبارة عن سيراميك متقدم يجمع بين الألومينا والزركونيا. لإنشاء ZTA, يتم إدخال الزركونيا في مصفوفة الألومينا الرئيسية قبل التلبيد لمزيد من القوة ومقاومة الصدمات الحرارية مقارنة بسيراميك الألومينا التقليدي; علاوة على ذلك، فهو يتميز بصلابة أعلى, قوة الانحناء, وكثافة من نظيرتها.
تتضمن آلية تشديد ZTA تحول الطور الناجم عن الإجهاد من الهياكل البلورية لجسيمات الزركونيا رباعية الزوايا إلى أحادية الميل, زيادة صلابة الكسر مع حمايته من الصدمات الحرارية والتآكل الميكانيكي. الألومينا المقوية بالزركونيا متوافقة حيويًا للغاية ولا تتآكل بسرعة, مما يجعلها مثالية لأختام الصمامات. بالإضافة إلى, تسمح قوتها الانثناءية العالية بتحمل ضغط الجسم بشكل فعال.