Zirkonem tvrzený oxid hlinitý pro pokročilé aplikace

ZTA je kompozitní materiál z oxidu hlinitého a zirkonu, vyznačuje se vynikající pevností a houževnatostí. Vyrábí se přeměnou jemných tetragonálních částic oxidu zirkoničitého v matrici oxidu hlinitého vyvolanou napětím.

Zirkonová keramika je pozoruhodný technický materiál, pyšní se vynikající tvrdostí, tepelná stabilita, odolnost proti opotřebení a provozní prostředí, kde mnoho jiných keramik nemůže fungovat. Kovy a plasty se prostě nedají srovnávat. Dále, zirkonová keramika také vykazuje vynikající tvrdost pro výrobu nástrojů.

Pevnost

ZTA vyniká mezi keramickými materiály svou mimořádnou pevností a houževnatostí, odolnost proti opotřebení, chemická inertnost, nízký koeficient tření, vysoký poměr tvrdosti/tuhosti a relativně nízký koeficient tepelné roztažnosti ve srovnání s většinou ostatních – což z něj činí ideální materiál pro aplikace, jako jsou řezné nástroje. Dále, díky své biokompatibilitě je ZTA také atraktivní volbou materiálu.

ZTA je definována svou vysoce rovnoměrnou distribucí tetragonálních částic oxidu zirkoničitého v matrici oxidu hlinitého. Toho je dosaženo pomocí sofistikovaných míchacích technik, jako je kulové mletí a vysokoenergetické otěrové mletí; jakmile jsou prášky smíchány dohromady, mohou být poté formovány do jejich zamýšlené složky pomocí lisování za sucha, izostatické lisování, techniky vstřikování nebo vytlačování.

Oxid zirkoničitý rozptýlený v matrici oxidu hlinitého zlepšuje lomovou houževnatost tím, že absorbuje a rozptyluje energii trhlin, známé jako transformační zpevnění. Oxid zirkoničitý také přispívá k odolnosti proti opotřebení tím, že vytváří tlaková napětí, která brání šíření trhlin – známý jako samoostřící – Díky tomu je ZTA vynikající volbou materiálu pro brusné kotouče.

Houževnatost

Zirkonem tvrzený oxid hlinitý (ZTA) keramika se může pochlubit působivou pevností a lomovou houževnatostí, díky tomu jsou ideální pro použití v celé řadě aplikací a prostředí. Tato pozoruhodná odolnost pochází z fázové transformace jemného materiálu vyvolaného stresem, rovnoměrně rozptýlené tetragonální částice oxidu zirkoničitého rozptýlené v matrici oxidu hlinitého; napětí indukuje fázovou transformaci za vzniku sítí mikrotrhlin z oxidu zirkoničitého a hlinitého, které absorbují energii šíření trhlin, účinně zpomalují jejich šíření a zároveň zvyšují odolnost proti lomu (Clausen 1976).

ZTA vyniká vynikající odolností proti tepelným šokům. Díky své unikátní kombinaci tetragonálně-monoklinického fázového složení, tato keramika odolá rychlým změnám teplot bez praskání nebo lámání, zatímco přeměna oxidu zirkoničitého na jeho metastabilní tetragonální formu vyvolaná napětím generuje tlaková napětí, která působí proti tvorbě trhlin v matrici oxidu hlinitého a významně zvyšují houževnatost, čímž dále zvyšují výkonnost ZTA.

ZTA se může pochlubit nejen svou silou, tetragonálně-monoklinická struktura a vysoká lomová houževnatost, ale také nízký koeficient tepelné roztažnosti (CTE), díky tomu je vhodný pro aplikace vyžadující extrémní teploty nebo prostředí, kde je rozhodující rozměrová stabilita, jako jsou přesné součástky nebo elektronické obaly.

ZTA vyniká mezi lékařskými implantáty díky kombinaci chemické odolnosti, mechanické vlastnosti a odolnost proti korozi za pomoci napětí ve vodě nebo tělních tekutinách, což z něj činí hlavního kandidáta na lékařské implantáty, jako jsou ortopedické hlavice femuru a acetabulární vložky. Jedním takovým příkladem je biomateriál BioLOX Delta; široce používán při ortopedických operacích pro obě aplikace.

Odolnost proti korozi

ZTA se může pochlubit vynikajícími vlastnostmi jak oxidu hlinitého, tak oxidu zirkoničitého, Díky tomu je vysoce odolný jak proti chemickému napadení, tak proti opotřebení, Díky tomu je ideální pro aplikace zahrnující prostředí náchylné ke korozi nebo opakované tření nebo mechanické namáhání.

Kombinace tvrdosti oxidu hlinitého s houževnatostí oxidu zirkoničitého vede k vynikajícím tribologickým vlastnostem, které zajišťují vynikající odolnost proti opotřebení u komponent s velkým zatížením a dlouhodobé používání., jako jsou ortopedické implantáty, řezné nástroje a součásti odolné proti opotřebení používané v řízení tekutin (vodítka nití, ložiska, trysky atd). Tato kombinace je zvláště použitelná v lékařských a průmyslových zařízeních, jako jsou ortopedické implantáty, řezné nástroje nebo řízení tekutin (vodítka závitů ložiska trysky atd).

Zvýšenou lomovou houževnatost ZTA lze přičíst jeho jemně distribuovaným částicím oxidu zirkoničitého v matrici oxidu hlinitého. Když se začnou šířit trhliny, když jejich energie vzroste a šíří se dále, tato tetragonální zrna zirkonia procházejí fázovou transformací, aby je absorbovala a rozptýlila jako součást transformačního zpevňovacího mechanismu – čímž se zlepšuje lomová houževnatost tohoto materiálu.

Úspěch při výrobě keramiky ZTA spočívá v použití prvotřídních prášků zirkonu a oxidu hlinitého bez nečistot. Slinování musí být řízeno, aby se zabránilo spontánní přeměně tetragonálního oxidu zirkoničitého na monoklinický během chlazení a aby se minimalizovala tvorba metastabilní monoklinické fáze, která je citlivá na chemisorpci s molekulami vody, která vede k degradaci při nízké teplotě při dlouhodobém používání.; Proces slinování keramiky ZTA Saint-Gobain ZirPro byl speciálně vytvořen, aby se zabránilo takovým nežádoucím jevům.. Keramika ZTA od Saint-Gobain ZirPro je naštěstí navržena speciálně tak, aby k takovým jevům nedocházelo –

Tepelná stabilita

Zirkonem tvrzený oxid hlinitý (ZTA) dokáže odolat rychlým změnám teplot bez praskání nebo rozbití, díky částicím zirkonu rozptýleným v matrici oxidu hlinitého absorbují tepelnou energii a vytvářejí tlaková napětí, která zabraňují praskání a selhání. Protože ZTA tak efektivně absorbuje tepelnou energii, tento materiál je vynikající volbou pro aplikace, které vyžadují odolnost vůči vysokým teplotám.

Přidání oxidu zirkoničitého k matrici oxidu hlinitého může zvýšit lomovou houževnatost a současně zlepšit mechanické vlastnosti, jako je pevnost a odolnost proti opotřebení. Zvýšená lomová houževnatost v ZTA je způsobena stresem indukovanou transformací z metastabilní tetragonální fáze na monoklinickou fázi při okolních teplotách; efekt zesílený menší velikostí zrn oxidu zirkoničitého než u oxidu hlinitého.

Stabilizátory se často používají k zachování tetragonální zirkonové fáze v materiálech ZTA, jako je Biolox Delta; však, podobných výsledků lze dosáhnout bez stabilizátorů, pokud jde o distribuci částic a lomovou houževnatost.

Kombinace oxidu hlinitého a zirkonu vytváří pokročilou keramiku, která vyniká pevností, lomová houževnatost, pružnost a tvrdost – vlastnosti nezbytné pro aplikace vyžadující konstrukční výkon a odolnost proti korozi. Keramika ZTA má tendenci překonávat 99% keramika z oxidu hlinitého, která je nákladově efektivní a zároveň efektivněji uspokojuje potřeby konkrétních aplikací; jejich poměr může být dokonce speciálně přizpůsoben.