Cirkonijum ojačana glinica za napredne aplikacije

ZTA je kompozitni materijal aluminij-cirkonijum, odlikuje se vrhunskom snagom i čvrstoćom. Proizveden transformacijom finih tetragonalnih cirkonijum-dioksida u matrici aluminijuma izazvane stresom.

Cirkonijum keramika je izuzetan tehnički materijal, odlikuje se odličnom tvrdoćom, termička stabilnost, otpornost na habanje i radna okruženja u kojima mnoge druge keramike ne mogu raditi. Metali i plastika se jednostavno ne mogu porediti. Nadalje, Cirkonijum keramika takođe pokazuje izuzetnu tvrdoću za izradu alata.

Snaga

ZTA se izdvaja među keramičkim materijalima svojom izuzetnom čvrstoćom i žilavosti, otpornost na habanje, hemijska inertnost, nizak koeficijent trenja, visok odnos tvrdoća/krutost i relativno nizak koeficijent termičkog širenja u poređenju sa većinom drugih – što ga čini idealnim materijalom za aplikacije kao što su alati za rezanje. Nadalje, njegova biokompatibilnost također čini ZTA atraktivnim izborom materijala.

ZTA je definiran svojom visoko ujednačenom distribucijom tetragonalnih cirkonskih čestica unutar matriksa aluminijuma. Ovo se postiže sofisticiranim tehnikama miješanja kao što su mljevenje kuglicama i visokoenergetsko mljevenje.; kada se pomiješaju, puderi se mogu oblikovati u željenu komponentu suhim presovanjem, izostatsko presovanje, tehnike brizganja ili ekstruzije.

Cirkonijum dispergovan u matrici od aluminijuma poboljšava otpornost na lom apsorbujući i rasipajući energiju pukotine, poznato kao transformaciono ojačavanje. Cirkonij također doprinosi otpornosti na habanje stvarajući tlačna naprezanja koja sprječavaju širenje pukotina – poznato kao samooštrenje – čineći ZTA odličnim izborom materijala za brusne ploče.

Čvrstoća

Zirconia toughened alumina (ZTA) keramika se može pohvaliti impresivnom snagom i otpornošću na lom, što ih čini savršenim za upotrebu u nizu aplikacija i okruženja. Ova izuzetna otpornost dolazi od fazne transformacije finoće izazvane stresom, jednoliko dispergovane tetragonalne cirkonijeve čestice dispergovane unutar matriksa aluminijuma; napon inducira faznu transformaciju kako bi se proizvele mreže mikropukotina od cirkonijum-aluminijum-oksida koje apsorbuju energiju širenja pukotina efektivno odlažući njihovo širenje dok povećavaju otpornost na lom (Clausen 1976).

ZTA se ističe po svojoj izvanrednoj otpornosti na termalni udar. Zahvaljujući jedinstvenoj kombinaciji tetragonalno-monoklinskog faznog sastava, ova keramika može izdržati brze promjene temperature bez pucanja ili lomljenja, dok transformacija cirkonija izazvana naprezanjem u njegov metastabilni tetragonalni oblik stvara tlačna naprezanja koja sprečavaju stvaranje pukotina unutar njegove glinice matriksa i značajno povećavaju žilavost čime se dodatno povećavaju performanse ZTA.

ZTA se može pohvaliti ne samo svojom snagom, tetragonalno-monoklinska struktura i visoka lomna žilavost, ali i nizak koeficijent toplinske ekspanzije (CTE), što ga čini pogodnim za aplikacije koje zahtijevaju ekstremne temperature ili okruženja gdje je stabilnost dimenzija ključna, kao što su precizne komponente ili elektronski paketi.

ZTA se ističe među medicinskim implantatima zbog svoje kombinacije hemijske otpornosti, mehanička svojstva i otpornost na koroziju u vodi ili tjelesnim tekućinama uz pomoć naprezanja, što ga čini glavnim kandidatom za medicinske implantate kao što su ortopedske glave femura i acetabularne obloge. BioLOX Delta biomaterijal je jedan od takvih primjera; se intenzivno koristi tokom ortopedskih operacija za obje primjene.

Otpornost na koroziju

ZTA se može pohvaliti vrhunskim svojstvima glinice i cirkonija, čineći ga vrlo otpornim i na hemijske napade i na habanje, što ga čini savršenim za aplikacije koje uključuju okruženja sklona koroziji ili ponavljajuće trenje ili mehanička opterećenja.

Kombinacija tvrdoće glinice i žilavosti cirkonija rezultira odličnim tribološkim svojstvima koja čine odličnu otpornost na habanje u komponentama s velikim opterećenjem i dugotrajnom upotrebom, kao što su ortopedski implantati, rezni alati i komponente otporne na habanje koje se koriste u upravljanju fluidima (vodilice konca, ležajevi, mlaznice itd). Ova kombinacija je posebno primjenjiva u medicinskim i industrijskim okruženjima kao što su ortopedski implantati, alati za rezanje ili upravljanje tekućinom (vodilice navoja ležajevi mlaznice itd).

Povećana otpornost na lom ZTA može se pripisati njegovim fino raspoređenim česticama cirkonija u matrici od aluminijuma. Kada pukotine počnu da se šire, kada se njihova energija povećava i dalje se širi, ova tetragonalna zrna cirkonija prolaze kroz faznu transformaciju kako bi ih apsorbirali i raspršili kao dio mehanizma za očvršćavanje transformacije – čime se poboljšava otpornost na lom ovog materijala.

Uspjeh u proizvodnji ZTA keramike leži u korištenju visokokvalitetnog cirkonija i glinice u prahu bez nečistoća. Sinterovanje se mora kontrolirati kako bi se izbjegla spontana tetragonalna u monoklinička transformacija cirkonija tokom hlađenja i kako bi se minimiziralo formiranje metastabilne monoklinske faze koja je podložna hemisorpciji s molekulima vode koja dovodi do niskotemperaturne degradacije tokom dugotrajne upotrebe; Proces sinterovanja ZTA keramike Saint-Gobain ZirPro je posebno kreiran kako bi se izbjegle takve nepoželjne pojave. Srećom, ZTA keramika Saint-Gobain ZirPro keramike dizajnirana je posebno da spriječi pojavu takvih pojava –

Termička stabilnost

Zirconia toughened alumina (ZTA) može izdržati brze promjene temperature bez pucanja ili lomljenja, zahvaljujući česticama cirkonijevog dioksida dispergovanim unutar matriksa aluminijuma koji apsorbuje toplotnu energiju i stvara tlačna naprezanja koja sprečavaju pucanje i kvar. Zato što ZTA tako efikasno apsorbuje toplotnu energiju, ovaj materijal je odličan izbor za aplikacije koje zahtijevaju otpornost na visoke temperature.

Dodavanje cirkonija matrici od aluminijuma može povećati žilavost loma dok istovremeno poboljšava mehanička svojstva kao što su čvrstoća i otpornost na habanje. Povećana otpornost na lom kod ZTA može se pripisati transformaciji izazvanoj stresom iz metastabilne tetragonalne faze u monokliničku fazu na temperaturi okoline; efekat pojačan manjim veličinama zrna cirkonija od onih u glinici.

Stabilizatori se često koriste za očuvanje tetragonalne cirkonijeve faze u ZTA materijalima kao što je Biolox Delta; međutim, slični rezultati se mogu postići bez stabilizatora u pogledu raspodjele čestica i žilavosti loma.

Kombinacija glinice i cirkonija stvara naprednu keramiku koja se ističe čvrstoćom, otpornost na lom, elastičnost i tvrdoću – karakteristike bitne za primjene koje zahtijevaju strukturalne performanse i otpornost na koroziju. ZTA keramika ima tendenciju da nadmašuje 99% aluminijeva keramika je isplativa dok efikasnije zadovoljava specifične potrebe primjene; njihov omjer se čak može posebno prilagoditi.