Циркониев закален алуминиев оксид за разширени приложения

ZTA е композитен материал от алуминий-цирконий, отличава се с изключителна здравина и издръжливост. Произведен чрез индуцирана от напрежение трансформация на фини тетрагонални частици цирконий в матрица от алуминиев оксид.

Циркониевата керамика е забележителен технически материал, отличаващ се с отлична твърдост, термична стабилност, устойчивост на износване и работна среда, където много други керамични продукти не могат да работят. Металите и пластмасите просто не могат да се сравняват. Освен това, Циркониевата керамика също показва изключителна твърдост за изработка на инструменти.

Сила

ZTA се откроява сред керамичните материали със своята изключителна здравина и издръжливост, устойчивост на износване, химическа инертност, нисък коефициент на триене, високо съотношение твърдост/коравина и относително нисък коефициент на топлинно разширение в сравнение с повечето други – което го прави идеален материал за приложения като режещи инструменти. Освен това, неговата биосъвместимост също прави ZTA привлекателен избор на материал.

ZTA се определя от силно равномерното си разпределение на тетрагонални частици цирконий в матрица от алуминиев оксид. Това се постига с помощта на усъвършенствани техники за смесване като топково смилане и високоенергийно смилане на триене; след като се смесят заедно, праховете могат да бъдат оформени в предвидения им компонент чрез сухо пресоване, изостатично пресоване, техники за леене под налягане или екструдиране.

Циркониевият диоксид, диспергиран в алуминиева матрица, подобрява устойчивостта на счупване чрез абсорбиране и разсейване на енергията на напукване, известен като трансформационно втвърдяване. Цирконият също допринася за устойчивостта на износване, като създава напрежения на натиск, които предотвратяват разпространението на пукнатини – известен като самозаточване – което прави ZTA отличен избор на материал за шлифовъчни дискове.

Издръжливост

Цирконий, закален алуминий (ZTA) керамиката се отличава с впечатляваща здравина и издръжливост на счупване, което ги прави идеални за използване в редица приложения и среди. Тази забележителна устойчивост идва от индуцирана от стрес фазова трансформация на фини, равномерно диспергирани тетрагонални циркониеви частици, диспергирани в алуминиева матрица; напрежението предизвиква фазова трансформация за създаване на мрежи от микропукнатини от цирконий-алуминиев оксид, които абсорбират енергията от разпространението на пукнатини, като ефективно забавят тяхното разпространение, като същевременно увеличават устойчивостта на счупване (Клаузен 1976).

ZTA се отличава с изключителната си устойчивост на термичен удар. Благодарение на уникалната си комбинация от тетрагонално-моноклинен фазов състав, тази керамика може да издържи на бързи промени в температурата, без да се напука или счупи, докато индуцираната от напрежение трансформация на циркония в неговата метастабилна тетрагонална форма генерира напрежения на натиск, които противодействат на образуването на пукнатини в неговата матрица от алуминиев оксид и значително увеличават якостта, като по този начин допълнително повишават производителността на ZTA.

ZTA може да се похвали не само със силната си сила, тетрагонално-моноклинна структура и висока якост на счупване, но и нисък коефициент на топлинно разширение (CTE), което го прави подходящ за приложения, изискващи екстремни температури или среди, където стабилността на размерите е от решаващо значение, като прецизни компоненти или електронни пакети.

ZTA се откроява сред материалите за медицински импланти поради своята комбинация от химическа устойчивост, механични свойства и устойчивост на корозия, подпомагана от стрес във вода или телесни течности, което го прави основен кандидат за медицински импланти като ортопедични бедрени глави и ацетабулни лайнери. Биоматериалът BioLOX Delta е един такъв пример; използва се широко по време на ортопедични операции и за двете приложения.

Устойчивост на корозия

ZTA може да се похвали с превъзходни свойства както на алуминий, така и на цирконий, което го прави изключително устойчив както на химическа атака, така и на износване, което го прави идеален за приложения, включващи предразположена към корозия среда или повтарящо се триене или механично напрежение.

Комбинирането на твърдостта на алуминиевия оксид с якостта на циркония води до отлични трибологични свойства, които осигуряват отлична устойчивост на износване в компоненти с големи натоварвания и дългосрочна употреба, като ортопедични импланти, режещи инструменти и устойчиви на износване компоненти, използвани при управление на течности (водачи за конци, лагери, дюзи и др). Тази комбинация е особено приложима в медицински и индустриални условия като ортопедични импланти, режещи инструменти или управление на течности (водачи на конци лагери дюзи и др).

Подобрената устойчивост на счупване на ZTA може да се дължи на фино разпределените частици цирконий в матрицата от алуминиев оксид. Когато пукнатините започнат да се разпространяват, когато тяхната енергия нараства и се разпространява по-нататък, тези тетрагонални зърна от цирконий претърпяват фазова трансформация, за да го абсорбират и разпръснат като част от механизъм за заздравяване на трансформацията – следователно подобряване на якостта на счупване на този материал.

Успехът в производството на ZTA керамика се крие в използването на висококачествен циркониев и алуминиев прах без примеси. Агломерирането трябва да се контролира, за да се избегне спонтанна тетрагонална към моноклинна трансформация на цирконий по време на охлаждане и да се сведе до минимум образуването на метастабилна моноклинна фаза, която е податлива на хемосорбция с водни молекули, което води до разграждане при ниска температура при дългосрочна употреба; Процесът на синтероване на ZTA керамика на Saint-Gobain ZirPro е специално създаден, за да се избегнат такива нежелани явления. За щастие ZTA керамиката на Saint-Gobain ZirPro ceramic е проектирана специално, за да предотврати подобни явления –

Термична стабилност

Цирконий, закален алуминий (ZTA) може да издържи на бързи промени в температурата без напукване или счупване, благодарение на частици цирконий, диспергирани в матрица от алуминиев оксид, абсорбираща топлинна енергия и създаваща напрежения на натиск, които предотвратяват напукване и повреда. Защото ZTA абсорбира топлинната енергия толкова ефективно, този материал е отличен избор за приложения, които изискват устойчивост на висока температура.

Добавянето на цирконий към алуминиева матрица може да повиши якостта на счупване, като същевременно подобрява механичните свойства като здравина и устойчивост на износване. Повишената якост на счупване в ZTA се дължи на предизвикана от стрес трансформация от метастабилна тетрагонална фаза към моноклинна фаза при околни температури; ефект, усилен от по-малките размери на циркониевите зърна от тези в алуминиевия оксид.

Стабилизаторите често се използват за запазване на тетрагоналната циркониева фаза в ZTA материали като Biolox Delta; обаче, подобни резултати могат да бъдат постигнати без стабилизатори по отношение на разпределението на частиците и якостта на счупване.

Комбинацията от алуминиев оксид и цирконий създава усъвършенствана керамика, която превъзхожда по здравина, якост на счупване, еластичност и твърдост – характеристики, които са от съществено значение за приложения, изискващи структурни характеристики и устойчивост на корозия. ZTA керамиката е склонна да превъзхожда 99% алуминиевата керамика е рентабилна, като същевременно отговаря на нуждите на специфичното приложение по-ефективно; тяхното съотношение дори може да бъде специално пригодено.