Циркониевият закален алуминиев оксид е доказал своите превъзходни механични свойства в сравнение с монолитния цирконий, включително якост на счупване и якост на огъване. Стабилността на ZTA произтича от неговата матрична фаза, която защитава и ограничава трансформацията на тетрагоналните циркониеви зърна, помагайки му да издържи на разграждане при in vivo хидротермални условия.
Якост на огъване
Чрез добавяне на цирконий към алуминиева керамика, създава се закален алуминий с цирконий. Този материал се характеризира с превъзходна якост на огъване и механична издръжливост в ситуации, които го изискват, и също така издържа на химическа корозия, както и на излагане на телесни течности.
Циркониевият закален алуминиев оксид може да издържи на бързи колебания в температурата поради неговите частици цирконий, разпръснати в матрица от алуминиев оксид, поглъщаща топлинна енергия и създаваща напрежения на натиск, за да предотврати напукване, което го прави подходящ за използване в различни промишлени приложения като компоненти на пещи и двигатели с парни турбини.
Тази композитна керамика съчетава впечатляващите качества както на алуминиевия оксид, така и на циркония, за да осигури допълнителна здравина и устойчивост на термичен шок, с превъзходна твърдост, якост на огъване, якост на счупване и устойчивост на износване, които надминават 99% чист двуалуминиев оксид по отношение на твърдостта, здравина и устойчивост на износване.
Издръжливост на счупване
Цирконият подобрява устойчивостта на счупване на керамиката от алуминиев оксид чрез заздравяване чрез трансформация. При удар, метастабилният стабилизиран с итрий цирконий се трансформира в моноклинни кристални структури, които създават напрежение на натиск, което предотвратява разпространението на пукнатини.
Циркониевият закален алуминий е идеален материал за създаване на режещи инструменти поради своята твърдост, термична стабилност и устойчивост на триене. Освен това, неговите превъзходни механични свойства допринасят значително за неговата издръжливост и надеждност.
ZTA, произведен чрез гелкастинг, има изключителна комбинация от якост на огъване, якост на счупване, биосъвместимост и устойчивост на топлина/корозия, които го правят подходящ за операция за смяна на тазобедрена става. Чрез процесите на геллеене също е възможно да се приспособят неговите параметри за твърдост-издръжливост на счупване-якост на огъване чрез промяна на нивата на натоварване на суспензията от твърдо вещество, дебелина на формата или температурни параметри на синтероване, за да постигнете максимални резултати.
Криви напрежение-деформация
Циркониевият закален алуминиев материал се отличава с превъзходна здравина и устойчивост на износване, както и изключителна твърдост за поддържане на тежки товари, без да се деформира под натиск. Освен това, може да се похвали с отлична устойчивост на термичен удар, което му позволява да понася внезапни колебания в температурата, без да страда от влошаване.
Съдържанието на цирконий над определена граница увеличава разграждането при стареене чрез микропукнатини, създадени по време на охлаждане след синтероване, които действат като предпочитани пътища за проникване на вода в керамичния материал, което води до образуване на микропукнатини по време на охлаждане, които действат като преференциални пътища за неговото навлизане и разпространение в него. И обратно, когато под този праг частиците цирконий претърпяват индуцирана от стрес трансформация от тетрагонална фаза в моноклинна фаза, което намалява разграждането при стареене.
Якост на опън
Циркониевият закален алуминиев оксид е твърд и издръжлив материал с отлична устойчивост на износване и термична стабилност, което го прави подходящ за компоненти, изискващи охлаждане. Допълнително, термично стабилни повърхности като тази осигуряват термичен контрол, както и устойчивост на триене, което ги прави идеалният избор за материал.
Под стрес, ZTA претърпява фазова трансформация от тетрагонална към моноклинна, което предотвратява разпространението на пукнатини и повишава якостта на счупване, но някои проучвания показват, че увеличаването на нестабилизирания цирконий води до намалена якост на опън.
ZTA керамиката обикновено съдържа 10%-20% цирконий, което позволява да се приспособи специално за всяко приложение. ZTA е биосъвместим, устойчиви на температура, устойчиви на корозия, достатъчно здрав, за да издържи натиск, рентабилна алтернатива на чистата циркониева керамика и може да издържа на високи температури без разграждане. Производителите на уплътнения на клапани обикновено го избират поради неговата устойчивост на корозия и способности за задържане на налягането – всички качества, идеални за приложения с уплътнения на клапани.
Ударна якост
Циркониевият закален алуминиев оксид е силно устойчив на корозия и притежава изключителна механична якост, което ги прави подходящи за приложения, изискващи твърдост и издръжливост едновременно. Освен това, ZTA предлага спестяване на разходи в сравнение с чистата циркониева керамика.
Комбинирането на алуминиев оксид и цирконий създава керамика с по-висока якост на огъване, якост на счупване, и устойчивост на износване от чистия алуминиев оксид. Той може да издържи на по-големи натоварвания и удари и често се използва като надстройка над стандартния алуминиев оксид в дизайни, изискващи допълнителни функции.
Трансформационното закаляване се дължи на тази повишена здравина; при стресови условия, циркониевите частици променят своята тетрагонална към моноклинна форма и се разширяват, компресиране на пукнатини в алуминиева матрица и по този начин води до по-висока якост на огъване от YSZ (Фигури 6c и d).
Устойчивост на корозия
Комбинацията от алуминиев оксид и цирконий на ZTA ceramic осигурява превъзходна устойчивост на корозия в сравнение с чистата 99% само алуминиеви материали, и има изключителна твърдост, якост на счупване, якост на огъване, и свойства на твърдост от своите конкуренти.
ZTA се характеризира с изключителна устойчивост на износване и абразия и химическа съвместимост, което го прави идеален за индустриални приложения, изискващи висока механична издръжливост. Освен това, комбинацията от материали се отличава с отлична устойчивост на термичен шок, позволяваща бързи температурни промени без напукване или счупване.
Циркониеви частици, добавени към алуминиева матрица, повишават нейната якост на счупване чрез заздравяване на трансформация, ефект, причинен от напрегнати частици цирконий, които се променят от тетрагонални към моноклинни кристални структури, когато са изложени на натиск, създавайки напрежения на натиск, които възпрепятстват разпространението на пукнатини и значително повишават неговата якост на счупване.
Устойчивост на термичен удар
Циркониевият закален алуминиев оксид е усъвършенствана керамика, която комбинира алуминиев оксид и циркониев оксид. За да създадете ZTA, циркониевият диоксид се въвежда в основната алуминиева матрица преди синтероване за допълнителна здравина и устойчивост на термичен шок в сравнение с традиционната алуминиева керамика; освен това се отличава с по-висока твърдост, якост на огъване, и плътност от неговия аналог.
Механизмът за закаляване на ZTA включва индуцирана от стрес фазова трансформация от тетрагонални към моноклинни кристални структури на циркониеви частици, повишава устойчивостта на счупване, като същевременно го предпазва от термичен удар и механична абразия. Циркониевият закален алуминиев оксид е силно биосъвместим и не корозира бързо, което го прави идеален за уплътнения на клапани. Освен това, високата му якост на огъване му позволява да издържа ефективно на телесния натиск.