Zirconia toughened alumina

Cirkonijum kaljena glinica (ZTA) je napredni keramički materijal koji se široko koristi u zaptivkama ventila, čahure, komponente pumpe i alata za rezanje zbog svoje čvrstoće i hemijske stabilnosti – što dokazuje njegova sposobnost da izdrži teška opterećenja bez značajne degradacije.

ZTA se može pohvaliti impresivnom otpornošću na termalni udar i može izdržati nagle promjene u temperaturnim promjenama, kao i brze promjene temperature. Čitajte dalje kako biste saznali više o njegovim mehaničkim svojstvima!

Tvrdoća

Cirkonijum dodan u matricu od aluminijuma povećava njenu tvrdoću, otpornost na lom i savijanje uz povećanje otpornosti na habanje i eroziju. Mehanizam koji je obično uključen je fazna transformacija praćena formiranjem mikropukotina, ali može uključivati ​​i teorije teorije naprezanja ako je primjenjivo.

Metastabilni tetragonalni precipitati cirkonijuma koji formiraju finu disperziju unutar matriksa aluminijuma mogu se spontano transformisati u monoklinske forme kada se njihovo ograničenje podigne tokom širenja pukotine, obezbjeđivanje energije protiv polja naprezanja koja pokreću širenje pukotina.

ZTA keramika ima superiornu otpornost na lom i tvrdoću u odnosu na drugu inženjersku keramiku na bazi oksida, kao i dvostruko veću čvrstoću na ciklički zamor od Y-TZP. Kao takav, njegova svojstva ga čine pogodnim za primjene koje zahtijevaju ekstremnu otpornost na habanje, hemijska inertnost i nisko trenje, kao i visoka čvrstoća i krutost.

Flexural Strength

ZTA keramika se može napraviti promjenom odnosa cirkonija stabiliziranog itrijem (Y-TZP) unutar matriksa aluminijuma pomoću vrućeg izostatskog presovanja, za optimizaciju kombinacije tvrdoća, žilavost loma i čvrstoća na savijanje koje rezultiraju neuporedivom otpornošću na ciklički zamor koji nadmašuje najnapredniju tehničku keramiku.

Metastabilni Y-TZP u matrici glinice rezultira formiranjem aglomerata tetragonalno-monoklinske transformacije koji povećavaju žilavost loma kroz ukrućenje faznom transformacijom (Clausen 1976). Poželjno prelaze pukotine, ovi prijelazni aglomerati će komprimirati zonu ispred fronta pukotine i smanjiti njeno napredovanje, konačno povećanje otpornosti na lom.

Ova struktura materijala dovela je do stvaranja kompozita aluminij-cirkonija kao što je BIOLOX Delta, široko se koristi za totalne zamjene kuka i druge nosive ortopedske komponente. Ovaj keramički biomaterijal ima izuzetnu otpornost na habanje, hemijska inertnost na sobnoj temperaturi, otpornost na termalni udar i odlična hemijska inertnost na svim temperaturama.

Otpornost na koroziju

Hemijski inertan i otporan na visoke temperature i habanje, pruža superiorne performanse u poređenju sa 99 aluminijsku keramiku, a i isplativija je.

Cirkonijum se takođe može pohvaliti impresivnom zateznom čvrstoćom, svojstva savijanja i elastičnosti i biokompatibilnost – što ga čini idealnim za medicinsku upotrebu poput zamjene kuka. Zbog transformacijskog kaljenja pod stresnim uvjetima, čestice cirkonija prelaze iz metastabilnog tetragonalnog oblika u monoklinski oblik, pomaže u efikasnijem zatvaranju pukotina uz povećanje otpornosti na lom.

CeramTec (Biolox Delta) komercijalizira kompozit aluminij-cirkonijev dioksid gdje nestabilizirani cirkonij ostaje u tetragonalnoj fazi kako bi upravljao ovom transformacijom i osigurao otupljivanje vrhova pukotine i odstupanje pukotine, poboljšanje žilavosti matrice glinice. Sadržaj cirkonija u materijalu može se mijenjati kroz pripremu praha i tehnikama zgušnjavanja.

Otpornost na termalni udar

Cirkonij dodan primarnoj aluminijskoj matrici tokom sinterovanja može značajno povećati njenu snagu i žilavost, stvaranje onoga što je poznato kao ZTA (Zirconia toughened alumina), nadmašuju uobičajenu aluminijsku keramiku u mehaničkim i habajućim aplikacijama.

Cirkonijum ojačana glinica poznata je po svojim izuzetnim svojstvima kao što su visoka vruća tvrdoća i čvrstoća na razbijanje, hemijska inertnost na sobnoj temperaturi, niske stope termičke ekspanzije i odlična otpornost na termički udar – idealna svojstva za komponente za glodanje, kao i za potrošne dijelove koji zahtijevaju rashladne mehanizme.

CeramTec prodaje ZTA pod nazivom Biolox delta koji sadrži matricu od aluminijevog oksida sa dispergovanim Y-TZP česticama (17 težina/tež.%) i trombociti stroncijum aluminata (0.5 težina/tež.%), pruža efikasnu kombinaciju mehanizama transformacije tetragonalne u monokliničku fazu i mehanizama otklona pukotina kako bi se osigurala poboljšana žilavost, što ga čini idealnim za primarne THA procedure na bedrenim nosivim površinama.

Električna izolacija

Aluminijum ojačan cirkonijumom može izdržati termički udar bez pucanja ili lomljenja pri naglim promjenama temperature, zahvaljujući dispergovanim česticama glinice raspršenim unutar matrice koje apsorbiraju toplinsku energiju i stvaraju tlačna naprezanja koja sprječavaju lomove.

Aluminij-cirkonijum keramika je gušća od svog čistog cirkonijuma, što ga čini idealnim za primjenu električne izolacije. Nadalje, njegovo niže termičko širenje od cirkonija čini ga pogodnim za dijelove koji zahtijevaju hlađenje.

Transformacijsko kaljenje kompozita aluminij-cirkonijum nudi dodatne prednosti; ovdje, zrna cirkonija u matriksu glinice prolaze kroz metastabilnu fazu gdje njihova zrna prolaze transformaciju iz tetragonalne u monoklinske strukture, čime se smanjuje naprezanje izazvano pucanjem povećanjem otpornosti na abraziju i udar. Aluminijem ojačani cirkonij obično se javlja kroz pirofornu reakciju koja uključuje cirkonij(IV) oksid oktahidrat, Aluminijum nitrat nanohidrat trietilamin i HNO3(Azotna kiselina); povećanje veličine čestica dodatno pomaže disperziju metastabilnih zrnaca cirkonija.