Zirconia toughened alumina

Kompoziti aluminij-cirkonija očvršćavaju se transformacijom finih tetragonalnih čestica cirkonija izazvane naprezanjem u tvrde, jaki materijali ekstremne snage i žilavosti što ih čini pogodnim za različite primjene i okruženja.

Za proizvodnju ZTA uzoraka korišteno je gelcasting, sa pažnjom koja se posvećuje optimizaciji pripreme suspenzije sa različitim opterećenjima čvrstih materija, procesi oblikovanja i uklanjanja kalupa, sušenje rastvaračem (osmotsko u odnosu na sušenje na zraku), i procesi pirolize i sinterovanja na 1550 i 1650 degC za potrebe sušenja. Gustina, tvrdoća, Procjene žilavosti loma i čvrstoće na savijanje provedene su na svim uzorcima proizvedenim gelcastingom.

Ima visoku tvrdoću

Cirkonijum kaljena glinica (ZTA) idealan je za zahtjevne primjene zbog svoje visoke tvrdoće. Proizvedeno pomoću livenja u gelu, ZTA nudi uštedu u odnosu na druge keramičke materijale uz vrhunsku snagu. ZTA može tolerisati temperature od 1650 degC, dok je ostao isplativ zbog toga što se sastoji od prahova cirkonija stabiliziranog itrijem i glinice koji su kombinirani korištenjem tehnika lijevanja gelom i sinterovanja.

ZTA keramika se ističe svojom izvanrednom žilavošću zbog svoje transformacije iz tetragonalne u monokliničke faze, povećanje otpornosti na lom za čak dva. Ovaj mehanizam je uzrokovan razlikama između njihovih modula elastičnosti između njihovih faza – cirkonija i glinice – što znači da polja naprezanja stvorena tokom fazne transformacije zapravo djeluju na ublažavanje širenja pukotina, čineći ZTA mnogo čvršćim od tradicionalne keramike od glinice.

Aluminijum ojačan cirkonijumom ima superiornu tvrdoću i otpornost na lom u odnosu na AlN, kao i superiorna čvrstoća na savijanje u odnosu na oba ova materijala, što ga čini odličnim kandidatom za automobilske i održive energetske primjene. Nadalje, ZTA ima superiornu otpornost na termalni udar, kao i dobra svojstva električne izolacije, što ga čini pogodnim za upotrebu u automobilima i druge medicinske svrhe; štaviše, ZTA ne ispoljava oštećenje DNK niti kancerogenetske efekte u ćelijama sisara, pruža potencijalnu upotrebu kao materijal za zubne implantate zbog svojih odličnih mehaničkih svojstava i svojstava biokompatibilnosti.

Ima visoku žilavost

Cirkonijum kaljena glinica (ZTA), ili cirkonijumom kaljene glinice, je keramički materijal sastavljen od glinice i cirkonija koji nudi izuzetna mehanička svojstva kao što je visoka otpornost na savijanje, otpornost na lom, elastičnost, tvrdoća i otpornost na habanje. Omjer između ovih materijala može se lako mijenjati kako bi se zadovoljile specifične primjene; ZTA proizvodi nadmašuju one napravljene od čistog cirkonija, a istovremeno su isplativiji.

Ovaj materijal se uspješno koristi u glavama bedrene kosti za zamjenu kuka i acetabularnim oblogama zbog svoje biokompatibilnosti i dugotrajne sposobnosti podnošenja opterećenja. Međutim, njegova prikladnost se prvo mora procijeniti in vivo.

ZTA postiže visoku žilavost zbog svoje metastabilne tetragonalne strukture i tlačne sile iz matrice glinice, gdje visoka vlačna naprezanja uzrokuju transformacijsko kaljenje; to jest, cirkonijum se pretvara u monoklinske forme kada je podvrgnut silama kompresije iz matrice aluminijuma, proizvodnju energije naprezanja koja usporava ili zaustavlja širenje pukotine i na taj način stvara efekte transformacije koji sprečavaju širenje pukotine.

ZTA se može pohvaliti značajno povećanom čvrstoćom na savijanje 99% aluminijsku keramiku zbog svoje metastabilne tetragonalne faze i aluminijske matrice, značajno ga nadmašuje u tom pogledu. Međutim, kompoziti aluminij-cirkonija mogu postati lomljivi zbog manje homogenosti i zarobljavanja zraka, kao i aglomeracije čestica koja dovodi do točkastih defekata i smanjene čvrstoće na savijanje – ipak njegove performanse nadmašuju tradicionalnu keramiku od glinice u medicinskoj i industrijskoj primjeni.

Ima visoku čvrstoću

Aluminijum ojačan cirkonijumom je izuzetno izdržljiv materijal, što ga čini pogodnim za aplikacije koje nose opterećenje. Proizveden transformacijom finih tetragonalnih cirkonijumskih čestica izazvanih naprezanjem u matricu od aluminijuma, njegova proizvodnja rezultira visoko ujednačenom distribucijom čestica sa izuzetnim svojstvima čvrstoće i žilavosti.

Keramika je takođe veoma otporna na hemijsku koroziju. Pogodan je za mnoge namjene uključujući medicinske implantate i dentalne materijale zbog svoje sposobnosti da izdrži višekratno izlaganje tjelesnim tekućinama i kemikalijama.

ZTA se takođe ističe svojom otpornošću na termalni udar, jer njegove čestice cirkonijevog dioksida raspršene unutar matriksa aluminijuma apsorbuju toplotnu energiju i stvaraju tlačna naprezanja kako bi se izbjeglo stvaranje pukotina – ovo omogućava da se ZTA keramika bezbedno koristi za aplikacije na visokim temperaturama kao što su komponente peći i delovi turbinskog motora bez rizika od oštećenja ili kvara.

ZTA svoju snagu crpi iz svoje strukture i distribucije nanočestica, kao i toplo izostatičko prešanje i konvencionalno sinterovanje za povećanu pouzdanost. Za dodatnu fleksibilnost, također se može proizvesti korištenjem sol-gel metoda proizvodnje koje pretvaraju molekule u čvrste tvari – u ovom slučaju kombiniranje praha glinice i praha cirkonijevog dioksida u tečnosti nalik gelu koja se zatim može oblikovati u različite oblike prije nego što se peče u pećnici dok se ne očvrsne prije nego što se odlije od kalupa i osuši kako bi se dobio ZTA s finim kristalnim strukturama visoke gustoće zajedno sa izmijenjenim kristalima, atomski, elektronska stanja koja rezultiraju ZTA koja pokazuju visoku gustinu kao i izmijenjeni kristal, atomska stanja kao i izmijenjene kristalne strukture, izmijenjene kristalne strukture kao i izmijenjeni kristal, atomska stanja koja rezultiraju izmijenjenim kristalom, atomska stanja za povećanu pouzdanost.

Ima otpornost na visoke temperature

ZTA materijal nudi vrhunsku temperaturnu otpornost, što ga čini pogodnim za aplikacije koje zahtijevaju ekstremnu izdržljivost. Nadalje, njegova otpornost na koroziju i veća čvrstoća na savijanje čine ZTA pogodnim za dugotrajno izlaganje temperaturama do 1773 K – što ga čini odličnim izborom za dugotrajno izlaganje opreme visokim nivoima toplote.

Nedavna istraživanja pokazuju da cirkonijum poboljšava mehanička svojstva glinice, posebno njegova žilavost i čvrstoća na savijanje. Ovaj efekat se javlja zato što čestice cirkonija stvaraju naprezanje pri pritisku na matrici aluminijuma kada su pod stresom; ovo tlačno naprezanje pomaže u smanjenju širenja prsline uz istovremeno povećanje otpornosti na lom.

Brojni faktori utiču na performanse ZTA kompozita, kao što su metode i temperature sinterovanja, kao i količina dodatog cirkonija. Općenito, dodavanje više cirkonija ima tendenciju da poboljša performanse; međutim, previše cirkonija bi moglo smanjiti njegovu čvrstoću na savijanje kao i žilavost loma.

Aluminijum-cirkonijum kaljena glinica (TO) je napredni tehnički keramički materijal koji se koristi u raznim industrijskim aplikacijama. Izrađen od glinice i cirkonijum oksida povezanih keramičkim vezama koje povećavaju čvrstoću na savijanje i žilavost materijala na lom, AZT je odličan materijal za mašine izložene visokim temperaturama kao što su peći i peći.