Ненадмината издръжливост с циркониев закален алуминий (ZTA) Керамика

Цирконий, закален алуминий (ZTA) керамиката се отличава с несравнима здравина. Те се отличават с изключителна устойчивост на износване, химическа инертност и ниско триене за безпроблемна работа при ежедневни задачи – да не говорим за по-висока твърдост и коравина от металите.

ZTA включва метастабилни тетрагонални циркониеви поликристални агломерати в алуминиева матрица, които претърпяват индуцирана от стрес фазова трансформация до моноклинна форма при стрес, като по този начин разпръсква напрежението на срязване и спира разпространението на пукнатини, обикновено известен като заздравяване на трансформацията.

Устойчив на корозия

ZTA предлага превъзходна химическа устойчивост в сравнение с чистия алуминиев оксид и може да издържи на екстремни температури без разграждане, което го прави идеалният избор на материал за индустриални приложения в тежки среди и условия.

Издръжливостта на ZTA се подобрява от частици цирконий, които разпръскват и абсорбират енергия, помага за предотвратяване на напукване. При легиране с итриев оксид, циркониевият оксид се променя от метастабилна тетрагонална фаза към моноклинна по време на напрежение, за да създаде напрежения на натиск, които увеличават якостта на счупване.

Керамиката на основата на цирконий като ZTA съдържа частици алуминиев оксид, за да устои на термичен шок. Това му позволява да издържа на бързи температурни промени без напукване или повреда при приложения с висока производителност като шлайфане и рязане; неговото ниско линейно и торсионно разширение осигурява изключителни способности за носене на натоварване и възможности за изпълнение. ZTA се хвали 2-3 пъти по-голяма якост на опън в сравнение с чистия двуалуминиев оксид, като същевременно има ниски коефициенти на линейно/усукващо разширение за изключителна носеща способност и възможности за работа.

Висока твърдост

ZTA съчетава здравината и издръжливостта на алуминиевия оксид с циркониевото закаляване за изключителен материал за взискателни приложения. Тази комбинация предлага несравнима сила, якост на счупване, свойства на еластичност и твърдост в една опаковка.

Клаусен откри в 1976 че добавянето на нестабилизиран цирконий към алуминиев оксид значително повишава неговата якост на счупване, поради тетрагонално-моноклинна трансформация на диспергирани фини тетрагонални утайки, диспергирани в неговата матрица. Такива метастабилни утайки се въздържат от промяна, докато не бъдат освободени от приближаващ фронт на пукнатина или друг източник на облекчение от тяхното ограничение, като например чрез стопяване.

Горещо пресован 10 mol% итриев стабилизиран цирконий (10YSZ), подсилени или с частици, или с тромбоцити, съдържащи от 0 до 30 тегл.% съдържание на алуминиев оксид бяха подложени на строга якост, тестове за якост на счупване и бавно нарастване на пукнатини при 1000C във въздуха. Резултатите показват, че максимална якост на огъване и якост на счупване за тромбоцитни композити е постигната с това съдържание на състав.

Висока якост на опън

Циркониевата керамика предлага изключителна комбинация от здравина, устойчивост, и гъвкавост, която далеч надхвърля традиционната техническа керамика. Циркониеви формули като ZTA предоставят решения за най-трудните днешни приложения, вариращи от аерокосмически компоненти, издържащи на тежки условия, до следващо поколение биомедицински импланти, проектирани за дълголетие – предоставяйки надеждни решения за най-неотложните нужди на днешния ден.

ZTA се откроява сред другите материали поради превъзходната си якост на огъване, якост на счупване и устойчивост на разпространение на пукнатини поради неговата метастабилна тетрагонална фаза. Тази трансформация в моноклинен цирконий при ниска температура компресира зоната пред фронта на пукнатината, за да спре по-нататъшния растеж.

Итрий, частично стабилизиран цирконий (Y-TZP) и частично стабилизиран с церий цирконий (Какво-TZP) показват изключителни характеристики на якост, подобни на ZTA, поради задържането на тетрагонална фаза чрез поддържане на итрий или церий при по-ниски температури, позволявайки трансформация при по-управляем температурен диапазон и показвайки по-малко повреди на повърхността по време на циклични тестове за натоварване, отколкото колегите на алуминий.

Ниско триене

Цирконият е една от най-твърдите налични инженерни керамики и неговите свойства на ниско триене спомагат за увеличаване на устойчивостта на износване, като същевременно намаляват изискванията за смазване.

ZTA керамиката съдържа алуминий за максимална издръжливост. Това позволява на метастабилните тетрагонални циркониеви частици, стабилизирани с итрий, в алуминиева матрица да останат непроменени, оставайки кристализирани благодарение на преплетена мрежа от зърна.

Контролираният състав и условията на обработка гарантират, че не възниква спонтанна тетрагонална към моноклинна трансформация при охлаждане от температурата на синтероване, допринасяйки за възможността за много удари при изпитване на якост на счупване. Освен това, високата хомогенност в алуминиево-циркониеви композити с малки размери на зърната води до по-ниска енергия на напукване, което от своя страна се превръща в по-къси дължини на пукнатини по време на тестове за диамантено вдлъбнатина.

Високо топлинно разширение

Свързващата сила на алуминиевата матрица й позволява да предотврати преминаването на тетрагоналните частици цирконий в моноклинен цирконий при охлаждане, като по този начин прави 10 бенка % стабилизирани с итрий циркониево-алуминиев оксид композити, стабилни и без пукнатини.

Добавянето на церий към циркония позволява частичното му стабилизиране (Какво-TZP). Ce-TZP запазва своята тетрагонална фаза при стайна температура и значително повишава якостта, якост на счупване и якост на огъване в сравнение с традиционните дентални керамични материали.

Циркониеви закалени алуминиеви композити, включващи Ce-TZP, стабилизиран с итрий цирконий (Y-TZP), или магнезиев стабилизиран цирконий (Mg-PSZ) показват изключителна издръжливост, която превъзхожда тази на двуалуминиевия оксид и монолитния цирконий, което прави ZTA идеалният кандидат за взискателни приложения като медицински импланти, аерокосмически компоненти и индустриални машини. ZTA също може да се похвали с много свойства на химическа устойчивост, които го предпазват от киселини, солни разтвори, разтопени соли алкали, както и високи температури.