Zirconia toughened alumina – Povećana snaga za industrijsku izvrsnost

Zirconia toughened alumina (ZTA) je izuzetna keramika, odlikuje se visokom žilavošću i otpornošću na lom zbog čestica cirkonija stabilizovanog itrijem dispergovanim kroz matricu od aluminijevog oksida.

Ovaj materijal može izdržati brze promjene temperature bez pucanja ili lomljenja, otporan je na hemijsku koroziju i nudi odličnu otpornost na termički udar.

Odlična otpornost na koroziju

ZTA keramika nudi idealan balans između snage i vrijednosti, je jači od proizvoda od glinice, ali jeftiniji od čistog cirkonija. Njihova mehanička svojstva – otpornost na lom, čvrstoća i tvrdoća na savijanje, kao i otpornost na termički udar – čine ih pogodnim za izradu industrijskih alata kao što su rezni točkovi.

ZTA postiže svoja superiorna svojstva zahvaljujući dodatku cirkonija stabilizovanog itrijem (YSZ) čestice unutar matrice glinice. Kada se ravnomerno rasprši, YSZ pomaže u optimizaciji tvrdoće-loma i vlačne čvrstoće oba elementa što rezultira izuzetnom otpornošću na habanje, hemijska inertnost na sobnoj temperaturi i svojstva toplote tvrdoće/prodorne čvrstoće za izuzetan keramički materijal.

ZTA proizvodi’ mehanička svojstva u velikoj mjeri zavise od načina njihove obrade za proizvodnju praha, uključujući termičke tretmane, metode kalcinacije, tehnike sušenja i procesi sinterovanja, kao i prilagođeno oblikovanje sa aditivima dodanim tokom proizvodnje. Svi ovi faktori neposredno utiču na njihovu snagu, svojstva elastičnosti i tvrdoće.

Odlična otpornost na termalni udar

ZTA keramika nudi odličnu otpornost na termalni udar, što ih čini odličnim izborom za primjene u svemiru koje zahtijevaju visok nivo čvrstoće, žilavost, i hemijsku inertnost. Kada se ravnomerno disperguje unutar matriksa aluminijuma, YSZ se može optimizovati. Jedna takva transformaciono kaljena cirkonijum-aluminijum-oksidna keramika koju nudimo je BIOLOX delta koja se može naći u upotrebi za ortopedske nosive komponente kao što su zamena kuka.

Transformacija izazvana naprezanjem iz metastabilne tetragonalne u monokliničku strukturu YSZ proizvodi proširenje volumena i posmičnu deformaciju koja sprečava širenje pukotina, povećanje otpornosti na lom uz istovremeno poboljšanje čvrstoće na savijanje. Performanse takve keramike kaljene transformacijom aluminij-YSZ zavise od uslova obrade kao i od njene stehiometrije sastavnih oksida u procesu sinterovanja..

Loše kontrolirani uvjeti sinteriranja mogu rezultirati niskom čvrstoćom na savijanje i lošom homogenošću matrice aluminij-YSZ, potencijalno zbog hvatanja zraka ili aglomeracije čestica. Dodavanjem aditiva kao što su itrij ili magnezijum oksidi, može se smanjiti tetragonalna u monokliničku temperaturu transformacije i poboljšati svojstva sinterovanja cirkonija.

Odlična otpornost na habanje

ZTA se ne ističe samo u pogledu otpornosti na termalni udar i otpornosti na koroziju, ali je također vrlo otporan na habanje zbog svog tetragonalno-monkliničke fazne transformacije mehanizma omotača. Nadalje, in vitro studije su otkrile da su komponente ZTA manje sklone hidrotermalnoj degradaciji – nešto od velikog značaja u keramici za zamenu bedrene kosti i čašice (kao što je BIOLOX delta proizvođača CeramTec).

Simulirana ispitivanja habanja izvedena na ZTA komponentama napravljenim od kompozitnih materijala aluminij-cirkonija dala su impresivne rezultate u pogledu otpornosti na habanje, čvrstoća na savijanje i tvrdoća. ZTA uzorci izloženi višestrukim ciklusima u simulatoru kuka pokazali su minimalnu degradaciju sa značajno manjom hrapavosti površine od monolitnih komponenti od cirkonija.

ZTA komponente su se pokazale pogodnim za zahtjevne primjene u proizvodnji automobila (alati za toplo i hladno oblikovanje, valjci za zatvaranje limenki i držači); energetska industrija (ležajevi, umetci otvora i vortex finders); prerada hrane (delova pumpe za homogenizaciju); i energetiku. Njihova mehanička svojstva zavise od mnogih varijabli: putevi pripreme koji se koriste za pripremu praha; metode sušenja koje se koriste tokom kalcinacije; tehnike oblikovanja usvojene tokom tehnika sinterovanja; prilagođeno oblikovanje; dodani aditivi i raspodjela veličine čestica između ostalog.

Odlična snaga

ZTA keramika koristi transformaciju izazvanu stresom za integraciju cirkonija u matricu od aluminijevog oksida, povećavajući snagu i izdržljivost tokom vremena. To čini ZTA odličnim keramičkim rješenjem za industrijske primjene koje zahtijevaju žilavost, visoka otpornost na koroziju, tolerancija toplotnog udara i tolerancija toplotnog udara.

Pod naprezanjem, tetragonalni metastabilni precipitati u kubičnoj glinici prolaze kroz naglu transformaciju u monoklinske čestice koje povećavaju njegovu otpornost na lom stvaranjem tlačnih površinskih slojeva koji prianjaju na pukotine unutar matrice.

Transformacijsko kaljenje je fenomen poznat kao lomno kaljenje, pri čemu povećana žilavost loma glinice rezultira kraćom dužinom pukotine, manje otupljivanje pukotina, i poboljšane interakcije sa već postojećim mikropukotinama. Ovo omogućava kombinacije ležajeva tvrdo na tvrdo i tvrdo na meko koje se koriste u modernoj medicinskoj keramici kao što su zamjene kuka. Nadalje, Implantati od cirkonija stabilizirani itrijumom poznati kao y-TZP pružaju zaštitu od habanja tokom vremena.