Неперасягненая трываласць з цырконіевым загартаваным аксідам алюмінія (ZTA) Кераміка

Цырконіевы загартаваны аксід алюмінія (ZTA) кераміка адрозніваецца неперасягненай трываласцю. Яны валодаюць найвышэйшай зносаўстойлівасцю, хімічная інэртнасць і нізкае трэнне для лёгкай працы ў паўсядзённых задачах – не кажучы ўжо пра больш высокую цвёрдасць і калянасць, чым металы.

ZTA ўключае метастабільныя тэтраганальныя полікрышталічныя агламераты дыяксіду цырконія ў матрыцы аксіду алюмінія, якія падвяргаюцца фазавым ператварэнням у монакліннай форме пад уздзеяннем стрэсу., такім чынам рассейваючы дэфармацыю зруху і спыняючы распаўсюджванне расколін, шырока вядомы як трансфармацыйная жорсткасць.

Устойлівы да карозіі

ZTA забяспечвае найвышэйшую хімічную ўстойлівасць у параўнанні з чыстым аксідам алюмінія і можа вытрымліваць экстрэмальныя тэмпературы без дэградацыі, што робіць яго ідэальным выбарам матэрыялу для прамысловага прымянення ў суровых умовах.

Цвёрдасць ZTA павышаюць часціцы дыяксіду цырконія, якія рассейваюць і паглынаюць энергію, дапамагае прадухіліць парэпанне. Пры легіраванні аксідам ітрыю, дыяксід цырконія змяняецца з метастабільнай тэтраганальнай фазы на манаклінную падчас напружання, каб стварыць напружанне сціску, якое павялічвае трываласць на разрыў.

Кераміка на аснове цырконія, такая як ZTA, змяшчае часціцы аксіду алюмінія, каб супрацьстаяць цеплавому ўдару. Гэта дазваляе яму супрацьстаяць хуткім перападам тэмператур без расколін і збояў у такіх высокапрадукцыйных праграмах, як шліфоўка і рэзка; яго нізкае лінейнае і круцільнае пашырэнне забяспечвае выдатную апорную здольнасць і прадукцыйнасць. ZTA хваліцца 2-3 у разы большая трываласць на разрыў у параўнанні з чыстым гліназёмам, маючы пры гэтым нізкія каэфіцыенты пашырэння пры лінейнасці/кручэнні для выключнай грузападымальнасці і прадукцыйнасці.

Высокая калянасць

ZTA спалучае трываласць і даўгавечнасць аксіду алюмінія з умацаваннем дыяксіду цырконія для выключнага матэрыялу для патрабавальных прымянення. Гэта спалучэнне забяспечвае беспрэцэдэнтную трываласць, стойкасць да разбурэння, ўласцівасці пругкасці і цвёрдасці ў адной ўпакоўцы.

Клаўсен выявіў у в 1976 што даданне нестабілізаванага дыяксіду цырконія да гліназёму істотна павялічвае яго трываласць на разбурэнне, з-за тэтраганальна-манакліннага пераўтварэння дысперсных тонкіх тэтраганальных асадкаў, дыспергаваных у яго матрыцы. Такія метастабільныя асадкі стрымліваюцца ад змены, пакуль не вызваляюцца набліжэннем фронту расколіны або іншай крыніцай палёгкі ад іх абмежавання, напрыклад, расплавіўшыся.

Гарачага прэсавання 10 моль% стабілізаванага аксіду цырконія (10YSZ), ўзмоцнены альбо часціцамі, альбо трамбацытамі, якія змяшчаюць з 0 да 30 мас.% утрымання гліназёму падвяргаліся строгай трываласці, выпрабаванні на трываласць на разрыў і павольны рост расколін пры 1000C на паветры. Вынікі паказалі, што максімальная трываласць на выгіб і ўстойлівасць да разбурэння для пласцінкавых кампазітаў была дасягнута з такім утрыманнем складу.

Высокая трываласць на разрыў

Цырконіевая кераміка прапануе незвычайнае спалучэнне трываласці, устойлівасць, і ўніверсальнасць, якая значна пераўзыходзіць традыцыйную тэхнічную кераміку. Склады з дыяксіду цырконія, такія як ZTA, забяспечваюць рашэнні для самых складаных сучасных прыкладанняў, пачынаючы ад аэракасмічных кампанентаў, якія вытрымліваюць жорсткія ўмовы, і заканчваючы біямедыцынскімі імплантатамі новага пакалення, прызначанымі для даўгавечнасці. – прадастаўленне надзейных рашэнняў для самых актуальных патрэб сучаснасці.

ZTA вылучаецца сярод іншых матэрыялаў сваёй найвышэйшай трываласцю на выгіб, трываласць на разрыў і ўстойлівасць да распаўсюджвання расколін дзякуючы сваёй метастабільнай тэтраганальнай фазе. Гэта ператварэнне ў монаклінны дыяксід цырконія пры нізкай тэмпературы сціскае зону перад фронтам расколіны, каб спыніць далейшы рост.

Ітрый, часткова стабілізаваны аксід цырконія (Y-TZP) і цырконій, часткова стабілізаваны цэрыем (Што-ТЗП) дэманструюць выключныя характарыстыкі трываласці, падобныя на ZTA, дзякуючы захаванню тэтраганальнай фазы шляхам падтрымання ітрыю або цэрыя пры больш нізкіх тэмпературах, дазваляючы трансфармацыю ў больш кіраваным дыяпазоне тэмператур і дэманструючы меншае пашкоджанне паверхні падчас цыклічных нагрузачных выпрабаванняў, чым аналагі з гліназёму.

Нізкае трэнне

Дыяксід цырконія з'яўляецца адной з самых цвёрдых даступных інжынерных керамічных вырабаў, і яго ўласцівасці нізкага трэння дапамагаюць павысіць зносаўстойлівасць, адначасова зніжаючы патрабаванні да змазкі.

Кераміка ZTA змяшчае аксід алюмінія для максімальнай трываласці. Гэта дазваляе метастабільным тетрагональным часціцам дыяксіду цырконія ў матрыцы аксіду алюмінія, стабілізаванай аксідам ітрыю, заставацца нязменным, застаючыся крышталізаваным у сілу пераплеценай сеткі зерняў.

Controlled composition and processing conditions ensure that spontaneous tetragonal-to-monoclinic transformation does not occur upon cooling from the sintering temperature, contributing to multi-hit capability in fracture toughness testing. Акрамя таго, high homogeneity in alumina-zirconia composites with small grain sizes results in lower crack energy which in turn translates to shorter crack lengths during diamond indentation tests.

High Thermal Expansion

Alumina matrix’s binding force enables it to prevent the tetragonal zirconia particles from transitioning into monoclinic zirconia upon cooling, thus making 10 mole % yttria-stabilized zirconia-alumina composites stable and crack free.

Addition of cerium to zirconia allows it to be partially stabilized (Што-ТЗП). Ce-TZP keeps its tetragonal phase at room temperature and significantly increases toughness, fracture toughness and flexural strength compared to traditional dental ceramic materials.

Zirconia Toughened Alumina composites incorporating Ce-TZP, yttria-stabilized zirconia (Y-TZP), or magnesia-stabilized zirconia (Mg-PSZ) exhibit exceptional toughness that surpasses that of both alumina and monolithic zirconia, making ZTA the perfect candidate for demanding applications like medical implants, aerospace components and industrial machinery. ZTA also boasts many chemical resistance properties that protect it against acids, salt solutions, molten salts alkalis as well as high temperatures.