Цирконий, закален алуминий

Циркониев закален алуминий (ZTA) е усъвършенстван керамичен материал, широко използван в уплътненията на клапаните, втулки, помпени компоненти и режещи инструменти поради своята здравина и химическа стабилност – както се вижда от способността му да издържа на големи натоварвания без значително разграждане.

ZTA може да се похвали с впечатляваща устойчивост на термичен шок и може да издържи внезапни промени в температурните промени, както и бързи температурни промени. Прочетете, за да научите повече за неговите механични свойства!

твърдост

Цирконийът, добавен към алуминиева матрица, увеличава нейната твърдост, якост на счупване и якост на огъване, като същевременно повишава устойчивостта на износване и ерозия. Обикновено включеният механизъм е фазова трансформация, последвана от образуване на микропукнатини, но може да включва и теории на теорията на напрежението, ако е приложимо.

Метастабилните тетрагонални циркониеви утайки, които образуват фина дисперсия в алуминиева матрица, могат да претърпят спонтанна трансформация в моноклинни форми, когато тяхното ограничение бъде премахнато по време на разпространението на пукнатини, осигуряване на енергия срещу полета на напрежение, водещи до разпространение на пукнатини.

Керамиката ZTA има превъзходна издръжливост на счупване и твърдост в сравнение с друга инженерна керамика на основата на оксид, както и удвоената якост на циклична умора на Y-TZP. Като такъв, свойствата му го правят подходящ за приложения, изискващи изключителна устойчивост на износване, химическа инертност и ниско триене, както и висока якост и твърдост.

Якост на огъване

ZTA керамиката може да бъде направена чрез промяна на съотношението на стабилизиран с итрий цирконий (Y-TZP) в матрица от алуминиев оксид, използвайки горещо изостатично пресоване, за оптимизиране на комбинациите твърдост-издръжливост на счупване-якост на огъване, които водят до несравнима устойчивост на циклична умора, надминаваща най-модерната техническа керамика.

Метастабилният Y-TZP в алуминиева матрица води до образуването на тетрагонално-моноклинни фазови агломерати на трансформация, които повишават якостта на счупване чрез втвърдяване на фазовата трансформация (Клаузен 1976). За предпочитане пресичане на пукнатини, тези преходни агломерати ще компресират зоната пред фронта на пукнатината и ще намалят нейното развитие, в крайна сметка повишава якостта на счупване.

Тази структура на материала е довела до създаването на алуминиево-циркониеви композити като BIOLOX Delta, използва се широко за тотални протези на тазобедрената става и други носещи натоварване ортопедични компоненти. Този керамичен биоматериал се отличава с изключителна устойчивост на износване, химическа инертност при стайна температура, устойчивост на термичен шок и отлична химическа инертност при всякакви температури.

Устойчивост на корозия

Химически инертен и устойчив на високи температури и износване, осигурява превъзходна производителност в сравнение с 99 алуминиева керамика и също е по-рентабилен.

Цирконият също може да се похвали с впечатляваща якост на опън, свойства на огъване и еластичност и биосъвместимост – което го прави идеален за медицински цели като протезиране на тазобедрената става. Поради закаляване на трансформацията при условия на стрес, циркониевите частици преминават от метастабилна тетрагонална форма в моноклинна форма, спомага за по-ефективно затваряне на пукнатини, като същевременно увеличава якостта на счупване.

CeramTec (Biolox Delta) комерсиализира композит от алуминий-цирконий, където нестабилизираният цирконий остава в тетрагонална фаза, за да управлява тази трансформация и да осигури притъпяване на върха на пукнатината и отклонение на пукнатината, подобряване на якостта на алуминиевата матрица. Съдържанието на цирконий в материала може да бъде променено чрез техники за приготвяне на прах и уплътняване.

Устойчивост на термичен удар

Цирконий, добавен към първична алуминиева матрица по време на синтероване, може значително да подобри нейната здравина и издръжливост, създавайки това, което е известно като ZTA (Цирконий, закален алуминий), превъзхожда обикновената алуминиева керамика както при механични приложения, така и при износване.

Циркониевият закален алуминиев оксид е известен със своите изключителни свойства като висока твърдост на горещо и якост на разкъсване, химическа инертност при стайна температура, ниски нива на топлинно разширение и отлична устойчивост на термичен удар – идеални свойства за фрезови компоненти, както и за износващи се части, изискващи охлаждащи механизми.

CeramTec предлага на пазара ZTA, наречена Biolox delta, която включва матрица от алуминиев оксид с диспергирани Y-TZP частици (17 тегло/тегло%) и тромбоцити от стронциев алуминат (0.5 тегло/тегло%), осигуряване на ефективна комбинация от механизми за тетрагонална към моноклинна фазова трансформация и механизми за отклоняване на пукнатини за осигуряване на подобрена якост, което го прави идеален за първични THA процедури върху бедрени носещи повърхности.

Електрическа изолация

Закаленият с цирконий алуминий може да издържи на термичен шок, без да се напука или счупи при внезапни промени в температурата, благодарение на диспергирани частици алуминиев оксид, диспергирани в неговата матрица, които абсорбират топлинната енергия и генерират напрежения на натиск, които предотвратяват счупвания.

Алуминиево-циркониевата керамика е по-плътна от чистия циркониев аналог, което го прави идеален за електрически изолационни приложения. Освен това, по-ниското му термично разширение от циркония го прави подходящ за части, изискващи охлаждане.

Трансформационната устойчивост на алуминиево-циркониеви композити предлага допълнителни предимства; тук, циркониеви зърна в алуминиева матрица претърпяват метастабилна фаза, където техните зърна претърпяват трансформация от тетрагонални към моноклинни структури, като по този начин се намалява предизвиканото от напрежението напукване чрез увеличаване на устойчивостта срещу абразия и удар. Цирконий, закален с алуминий, обикновено възниква чрез пирофорна реакция, включваща цирконий(IV) оксид октахидрат, Алуминиев нитрат нанохидрат триетиламин и HNO3(Азотна киселина); увеличаването на размера на частиците допълнително подпомага дисперсията на метастабилните циркониеви зърна.