زركونيا تشديد الألومينا

زركونيا تشديد الألومينا (ZTA) هي مادة خزفية متقدمة تستخدم على نطاق واسع في أختام الصمامات, البطانات, مكونات المضخة وأدوات القطع بسبب قوتها وثباتها الكيميائي – كما يتضح من قدرته على تحمل الأحمال الثقيلة دون تدهور كبير.

تتميز ZTA بمقاومة مذهلة للصدمات الحرارية ويمكنها تحمل التغيرات المفاجئة في التغيرات في درجات الحرارة, وكذلك التقلبات السريعة في درجات الحرارة. تابع القراءة لمعرفة المزيد عن خصائصه الميكانيكية!

صلابة

إن إضافة الزركونيا إلى مصفوفة الألومينا يزيد من صلابتها, صلابة الكسر وقوة الانثناء مع زيادة مقاومة التآكل والتآكل. الآلية المستخدمة عادةً هي تحويل الطور متبوعًا بتكوين شقوق صغيرة ولكنها قد تتضمن أيضًا نظريات نظرية الإجهاد حسب الاقتضاء.

يمكن أن تخضع رواسب الزركونيا الرباعية المستقرة التي تشكل تشتتًا دقيقًا داخل مصفوفة الألومينا إلى تحول تلقائي إلى أشكال أحادية الميل عندما يتم رفع قيودها أثناء انتشار الشقوق, توفير الطاقة ضد مجالات الإجهاد التي تؤدي إلى انتشار الشقوق.

يتمتع سيراميك ZTA بمتانة وصلابة فائقة للكسر مقارنةً بالسيراميك الهندسي المعتمد على الأكسيد, بالإضافة إلى ضعف قوة التعب الدوري لـ Y-TZP. كما, خصائصه تجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مقاومة شديدة للتآكل, الخمول الكيميائي والاحتكاك المنخفض وكذلك القوة والصلابة العالية.

قوة العاطفة

يمكن تصنيع سيراميك ZTA عن طريق تغيير نسبة الزركونيا المستقرة في الإيتريا (Y-TZP) داخل مصفوفة الألومينا باستخدام الضغط المتوازن الساخن, لتحسين مجموعات الصلابة والكسر وقوة الانثناء التي تؤدي إلى مقاومة إجهاد دوري لا مثيل لها تتجاوز معظم السيراميك التقني المتقدم.

يؤدي Y-TZP المتبدل الاستقرار في مصفوفة الألومينا إلى تكوين تكتلات طور التحول رباعي الزوايا أحادية الميل مما يزيد من صلابة الكسر من خلال تصلب تحويل الطور (كلاوسن 1976). عبور الشقوق بشكل تفضيلي, ستعمل هذه التكتلات الانتقالية على ضغط المنطقة الواقعة أمام جبهة الصدع وتقليل تقدمها, في نهاية المطاف زيادة صلابة الكسر.

وقد أدى هذا الهيكل المادي إلى إنشاء مركبات الألومينا والزركونيا مثل BIOLOX Delta, تستخدم على نطاق واسع لاستبدال مفصل الورك بالكامل ومكونات العظام الحاملة الأخرى. تتميز هذه المادة الحيوية الخزفية بمقاومة التآكل الرائعة, الخمول الكيميائي في درجة حرارة الغرفة, مقاومة الصدمات الحرارية والخمول الكيميائي الممتاز في جميع درجات الحرارة.

مقاومة التآكل

خامل كيميائيا ومقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة والتآكل, فهو يوفر أداءً فائقًا مقارنة بـ 99 سيراميك الألومينا وأكثر فعالية من حيث التكلفة أيضًا.

تتميز الزركونيا أيضًا بقوة شد مثيرة للإعجاب, خصائص الانحناء والمرونة والتوافق الحيوي – مما يجعلها مثالية للاستخدامات الطبية مثل استبدال مفصل الورك. بسبب تشديد التحول في ظل ظروف الضغط, تتغير جزيئات الزركونيا من الشكل الرباعي شبه المستقر إلى الشكل أحادي الميل, المساعدة في إغلاق الشقوق بشكل أكثر كفاءة مع زيادة صلابة الكسر.

سيرامتيك (دلتا بيولوكس) تقوم بتسويق مركب الألومينا والزركونيا حيث تبقى الزركونيا غير المستقرة في الطور الرباعي لإدارة هذا التحول وتوفير تخفيف طرف الشقوق وانحراف الشقوق, تحسين صلابة مصفوفة الألومينا. يمكن تغيير محتوى مادة الزركونيا من خلال تقنيات تحضير المسحوق والتكثيف.

مقاومة الصدمات الحرارية

يمكن أن تؤدي إضافة الزركونيا إلى مصفوفة الألومينا الأولية أثناء التلبيد إلى تعزيز قوتها وصلابتها بشكل كبير, إنشاء ما يعرف باسم ZTA (زركونيا تشديد الألومينا), يتفوق على سيراميك الألومينا العادي في كل من التطبيقات الميكانيكية وتطبيقات التآكل.

تتميز الألومينا المقوية بالزركونيا بخصائصها الاستثنائية مثل الصلابة الساخنة العالية وقوة النشوة, الخمول الكيميائي في درجة حرارة الغرفة, معدلات تمدد حراري منخفضة ومقاومة ممتازة للصدمات الحرارية – خصائص مثالية لمكونات الطحن وكذلك أجزاء التآكل التي تتطلب آليات التبريد.

تقوم شركة CeramTec بتسويق ZTA تسمى Biolox delta والتي تتميز بمصفوفة ألومينا مع جزيئات Y-TZP المشتتة (17 الوزن /٪ بالوزن) والصفائح الدموية ألومينات السترونتيوم (0.5 الوزن /٪ بالوزن), توفير مزيج فعال من آليات تحويل الطور الرباعي إلى أحادي الميل وآليات انحراف الشقوق لتوفير صلابة محسنة, مما يجعل هذا مثاليًا لإجراءات THA الأولية على أسطح تحمل الفخذ.

العزل الكهربائي

يمكن للألومينا المقواة بالزركونيا أن تتحمل الصدمة الحرارية دون أن تتشقق أو تنكسر تحت التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة, بفضل جزيئات الألومينا المشتتة داخل مصفوفتها التي تمتص الطاقة الحرارية وتولد ضغوطًا ضاغطة تمنع الكسور.

يعتبر سيراميك الألومينا والزركونيا أكثر كثافة من نظيره الزركونيا النقي, مما يجعلها مثالية لتطبيقات العزل الكهربائي. بالإضافة إلى, إن تمددها الحراري الأقل من الزركونيا يجعلها مناسبة للأجزاء التي تتطلب التبريد.

يوفر تشديد التحول لمركبات الألومينا والزركونيا مزايا إضافية; هنا, تمر حبيبات الزركونيا في مصفوفة الألومينا بمرحلة شبه مستقرة حيث تخضع حبيباتها للتحول من الهياكل الرباعية إلى الهياكل أحادية الميل, وبالتالي تقليل التشقق الناتج عن الإجهاد عن طريق زيادة المقاومة ضد التآكل والتأثير. عادة ما تحدث الزركونيا المقوية من الألومينا من خلال تفاعل الاشتعال الذي يتضمن الزركونيوم(رابعا) أكسيد ثماني الهيدرات, نترات الألومنيوم نانوهيدرات ثلاثي إيثيل أمين وHNO3(حمض النيتريك); تساعد زيادة أحجام الجسيمات على تشتت حبيبات الزركونيا شبه المستقرة.