Alúmina endurida amb zirconi per a aplicacions avançades
ZTA és un material compost d'alúmina-zirconi, es distingeix per una força i duresa superiors. Produït mitjançant la transformació induïda per l'estrès de fines partícules de zirconi tetragonal en una matriu d'alúmina.
Les ceràmiques de zirconi són materials tècnics notables, amb una duresa excel·lent, estabilitat tèrmica, resistència al desgast i entorns operatius on moltes altres ceràmiques no poden funcionar. Els metalls i els plàstics simplement no es poden comparar. A més, Les ceràmiques de zirconi també presenten una duresa excepcional per a la fabricació d'eines.
Força
ZTA destaca entre els materials ceràmics per la seva excepcional resistència i tenacitat, resistència al desgast, inercia química, baix coeficient de fricció, alta relació duresa/rigidesa i coeficient d'expansió tèrmica relativament baix en comparació amb la majoria d'altres – convertint-lo en un material ideal per a aplicacions com ara eines de tall. A més, la seva biocompatibilitat també fa que ZTA sigui una opció de material atractiva.
ZTA es defineix per la seva distribució altament uniforme de partícules de zirconi tetragonal dins d'una matriu d'alúmina. Això s'aconsegueix mitjançant tècniques de mescla sofisticades, com ara el fresat de boles i el fresat per desgast d'alta energia; un cop barrejats, les pols es poden formar en el component previst mitjançant premsat en sec, premsat isostàtic, tècniques d'emmotllament per injecció o extrusió.
La zirconia dispersa per una matriu d'alúmina millora la resistència a la fractura absorbint i dissipant l'energia de les esquerdes, conegut com a enduriment de la transformació. La zirconia també contribueix a la resistència al desgast produint tensions de compressió que impedeixen la propagació de les esquerdes – conegut com a autoafilat – fent de ZTA una excel·lent opció de material per a moles.
Duresa
Alumina endurida amb zirconi (ZTA) la ceràmica té una força i una resistència a la fractura impressionants, fent-los perfectes per utilitzar-los en una varietat d'aplicacions i entorns. Aquesta resiliència notable prové de la transformació de fase induïda per l'estrès, partícules de zirconi tetragonal uniformement disperses dins d'una matriu d'alúmina; L'estrès indueix la transformació de fase per produir xarxes de microesquerdes de zirconi-alúmina que absorbeixen l'energia de la propagació de les esquerdes retardant eficaçment la seva propagació alhora que augmenten la resistència a la fractura. (Clausen 1976).
ZTA destaca per la seva excel·lent resistència al xoc tèrmic. Gràcies a la seva combinació única de composició en fase tetragonal-monoclínica, aquesta ceràmica pot suportar canvis ràpids de temperatura sense trencar-se ni trencar-se, mentre que la transformació de la zirconia induïda per l'estrès en la seva forma tetragonal metaestable genera tensions de compressió que contraresten la formació d'esquerdes dins de la seva matriu d'alúmina i augmenten significativament la duresa, augmentant així encara més el rendiment de ZTA..
ZTA presumeix no només del seu fort, Estructura tetragonal-monoclínica i alta tenacitat a la fractura, però també un baix coeficient d'expansió tèrmica (CTE), fent-lo adequat per a aplicacions que requereixen temperatures extremes o entorns on l'estabilitat dimensional és crucial, com ara components de precisió o paquets electrònics.
ZTA destaca entre els materials d'implants mèdics per la seva combinació de resistència química, propietats mecàniques i resistència a la corrosió assistida per estrès en aigua o fluids corporals, convertint-lo en un candidat principal per a implants mèdics com ara caps femorals ortopèdics i revestiments acetabulars. El biomaterial BioLOX Delta n'és un exemple; utilitzat àmpliament durant les cirurgies ortopèdiques per a ambdues aplicacions.
Resistència a la corrosió
ZTA té propietats superiors tant d'alúmina com de zirconi, fent-lo altament resistent tant a l'atac químic com al desgast, fent-lo perfecte per a aplicacions que impliquen entorns propensos a la corrosió o fricció repetitiva o esforços mecànics.
La combinació de la duresa de l'alúmina amb la duresa de la zirconia dóna com a resultat excel·lents propietats tribològiques que permeten una excel·lent resistència al desgast en components amb càrregues pesades i ús a llarg termini., com els implants ortopèdics, eines de tall i components resistents al desgast utilitzats en la gestió de fluids (guies de fil, coixinets, broquets, etc). Aquesta combinació és especialment aplicable en entorns mèdics i industrials com els implants ortopèdics, eines de tall o gestió de fluids (guies de fils coixinets broquets, etc).
La resistència a la fractura millorada de ZTA es pot atribuir a les seves partícules de zirconi finament distribuïdes a la seva matriu d'alúmina. Quan les esquerdes comencen a propagar-se, quan la seva energia augmenta i es propaga més endavant, aquests grans de zirconi tetragonal experimenten una transformació de fase per absorbir-lo i dissipar-lo com a part d'un mecanisme d'enduriment de transformació – per tant, millora la tenacitat a la fractura d'aquest material.
L'èxit en la fabricació de ceràmica ZTA rau en l'ús de pols de zirconia i alúmina de primera qualitat lliures d'impureses. La sinterització s'ha de controlar per evitar la transformació espontània de zirconi tetragonal a monoclínic durant el refredament i per minimitzar la formació de fase monoclínica metaestable que és susceptible a la quimisorció amb molècules d'aigua que condueix a una degradació a baixa temperatura durant l'ús a llarg termini.; El procés de sinterització de la ceràmica ZTA de Saint-Gobain ZirPro es va crear específicament per evitar aquests fenòmens indesitjables. Afortunadament, la ceràmica ZTA de Saint-Gobain ZirPro està dissenyada específicament per evitar que es produeixin aquests fenòmens. –
Estabilitat tèrmica
Alumina endurida amb zirconi (ZTA) pot suportar canvis ràpids de temperatura sense trencar-se ni trencar-se, gràcies a les partícules de zirconi disperses dins d'una matriu d'alúmina que absorbeixen l'energia tèrmica i creen tensions de compressió que eviten el trencament i la fallada.. Perquè ZTA absorbeix l'energia tèrmica de manera tan eficaç, aquest material és una opció excel·lent per a aplicacions que exigeixen resistència a altes temperatures.
L'addició de zirconi a una matriu d'alúmina pot augmentar la tenacitat a la fractura alhora que millora les propietats mecàniques com la resistència i la resistència al desgast.. L'augment de la duresa a la fractura en ZTA és atribuïble a la transformació induïda per l'estrès de la fase tetragonal metastable a la fase monoclínica a temperatura ambient.; un efecte amplificat per mides de gra de zirconi més petites que les de l'alúmina.
Els estabilitzadors s'utilitzen freqüentment per preservar la fase de zirconi tetragonal en materials ZTA com Biolox Delta; tanmateix, Es poden aconseguir resultats similars sense estabilitzadors en termes de distribució de partícules i tenacitat a la fractura.
Una combinació d'alúmina i zirconi crea una ceràmica avançada que sobresurt en força, tenacitat a la fractura, elasticitat i duresa – característiques essencials per a aplicacions que requereixen rendiment estructural i resistència a la corrosió. Les ceràmiques ZTA tendeixen a tenir un rendiment superior 99% la ceràmica d'alúmina és rendible alhora que satisfà les necessitats específiques d'aplicació de manera més eficient; la seva proporció fins i tot es pot adaptar específicament.