Čvrstoća bez premca sa cirkonijumom ojačanom glinicom (ZTA) Keramika
Zirconia toughened alumina (ZTA) keramika se može pohvaliti čvrstoćom bez premca. Odlikuju se vrhunskom otpornošću na habanje, hemijska inertnost i nisko trenje za lake performanse u svakodnevnim zadacima – da ne spominjemo veću tvrdoću i krutost od metala.
ZTA uključuje metastabilne tetragonalne cirkonijeve polikristalne aglomerate u matrici aluminijuma koji prolaze faznu transformaciju izazvanu stresom u monoklinski oblik pod stresom, čime se raspršuje posmična deformacija i zaustavlja širenje pukotina, opšte poznato kao transformaciono ojačavanje.
Otporan na koroziju
ZTA nudi superiornu hemijsku otpornost u poređenju sa čistom glinicom i može izdržati ekstremne temperature bez degradacije, što ga čini idealnim izborom materijala za industrijsku primjenu u teškim okruženjima i uvjetima.
Čvrstoća ZTA je poboljšana česticama cirkonijuma koje raspršuju i apsorbuju energiju, pomaže u sprečavanju pucanja. Kada je dopiran itrijum oksidom, cirkonijum se mijenja iz metastabilne tetragonalne faze u monokliničku tijekom naprezanja kako bi stvorio tlačna naprezanja koja povećavaju otpornost na lom.
Keramika na bazi cirkonija, kao što je ZTA, sadrži čestice glinice kako bi se oduprla termičkom udaru. To mu omogućava da izdrži brze promjene temperature bez pucanja ili kvara u aplikacijama visokih performansi poput brušenja i rezanja; njegova niska linearna i torzijska ekspanzija pruža izvanredne sposobnosti nosivosti i performanse. ZTA se hvali 2-3 puta jača vlačna čvrstoća u poređenju sa čistom glinicom dok ima niske koeficijente linearnog/torzionog širenja za izuzetnu nosivost i performanse.
Visoka krutost
ZTA kombinuje snagu i izdržljivost glinice sa ojačanjem cirkonijumom za izuzetan materijal za zahtevne primene. Ova kombinacija nudi snagu bez premca, otpornost na lom, svojstva elastičnosti i tvrdoće u jednom pakovanju.
Claussen je otkrio u 1976 da dodavanje nestabiliziranog cirkonija glinici značajno povećava njegovu otpornost na lom, zbog tetragonalno-monoklinske transformacije dispergiranih finih tetragonalnih precipitata raspršenih unutar njegove matrice. Takvi metastabilni precipitati su sputani od promjene sve dok ih ne oslobodi fronta pukotine koja se približava ili drugi izvor oslobađanja od njihovog ograničenja, kao što je otapanje.
Vruće prešani cirkonijum stabilizovan sa 10 mol% itrijem (10YSZ), ojačani ili česticama ili trombocitima koji sadrže od 0 do 30wt% sadržaja glinice podvrgnuti su rigoroznoj čvrstoći, Ispitivanja otpornosti na lom i sporog rasta pukotina na 1000C na vazduhu. Rezultati su pokazali da je maksimalna čvrstoća na savijanje i žilavost loma za kompozite trombocita postignuta ovim sadržajem kompozicije.
Visoka zatezna čvrstoća
Cirkonijum keramika nudi izvanrednu kombinaciju snage, otpornost, i svestranost koja daleko nadmašuje tradicionalnu tehničku keramiku. Formulacije cirkonijevog dioksida kao što je ZTA pružaju rješenja za današnje najteže primjene u rasponu od zrakoplovnih komponenti koje izdržavaju teška okruženja do biomedicinskih implantata sljedeće generacije dizajniranih za dugovječnost – pružanje pouzdanih rješenja za najhitnije potrebe današnjice.
ZTA se izdvaja među ostalim materijalima zbog svoje superiorne čvrstoće na savijanje, žilavost loma i otpornost na širenje prsline zbog svoje metastabilne tetragonalne faze. Ova transformacija u monoklinski cirkonijum na niskoj temperaturi komprimira zonu ispred fronta pukotine da zaustavi dalji rast.
Itrija djelomično stabilizirani cirkonij (Y-TZP) i cerijumom djelomično stabilizirani cirkonij (Šta-TZP) pokazuju izuzetne karakteristike žilavosti slične ZTA zbog zadržavanja tetragonalne faze održavanjem itrija ili cerija na nižim temperaturama, omogućava transformaciju u temperaturnom rasponu koji se može upravljati i pokazuje manje oštećenja površine tokom testova cikličkog opterećenja od kolega iz glinice.
Low Friction
Cirkonij je jedna od najtvrđih inženjerskih keramika koja je dostupna i njegova svojstva niskog trenja pomažu u povećanju otpornosti na habanje dok smanjuju zahtjeve za podmazivanjem.
ZTA keramika sadrži glinicu za maksimalnu žilavost. Ovo omogućava da metastabilne tetragonalne čestice cirkonijuma stabilizovane itrijem u matrici aluminijuma ostanu nepromenjene, ostaje kristaliziran zahvaljujući isprepletenoj mreži zrna.
Kontrolirani sastav i uvjeti obrade osiguravaju da ne dođe do spontane tetragonalne u monokliničku transformaciju nakon hlađenja od temperature sinterovanja, doprinosi mogućnosti višestrukih udaraca u ispitivanju otpornosti na lom. Nadalje, visoka homogenost u kompozitima aluminij-cirkonija sa malim veličinama zrna rezultira nižom energijom pukotine što zauzvrat dovodi do kraćih dužina pukotina tokom testova utiskivanja dijamanata.
Visoka termička ekspanzija
Sila vezivanja matriksa aluminijuma omogućava mu da spreči da tetragonalne čestice cirkonija pređu u monoklinski cirkonijum nakon hlađenja, na taj način čineći 10 krtica % kompoziti cirkonijum-aluminijum stabilizovani itrijum stabilni i bez pukotina.
Dodatak cerijuma cirkonijumu omogućava da se delimično stabilizuje (Šta-TZP). Ce-TZP održava svoju tetragonalnu fazu na sobnoj temperaturi i značajno povećava žilavost, žilavost loma i čvrstoća na savijanje u usporedbi s tradicionalnim dentalnim keramičkim materijalima.
Zirconia toughened alumina kompoziti koji sadrže Ce-TZP, cirkonijum stabilizovan itrijem (Y-TZP), ili cirkonijum stabilizovan magnezijumom (Mg-PSZ) pokazuju izuzetnu žilavost koja nadmašuje i glinicu i monolitni cirkonij, čineći ZTA savršenim kandidatom za zahtjevne primjene poput medicinskih implantata, vazduhoplovnih komponenti i industrijskih mašina. ZTA se takođe može pohvaliti mnogim svojstvima hemijske otpornosti koja ga štite od kiselina, rastvori soli, rastopljene soli alkalije kao i visoke temperature.