Bezkonkurenční houževnatost se zirkonem tvrzeným oxidem hlinitým (ZTA) Keramika

Zirkonem tvrzený oxid hlinitý (ZTA) keramika se může pochlubit bezkonkurenční houževnatostí. Vyznačují se vynikající odolností proti opotřebení, chemická inertnost a nízké tření pro snadný výkon při každodenních úkolech – nemluvě o vyšší tvrdosti a tuhosti než u kovů.

ZTA zahrnuje metastabilní tetragonální polykrystalické aglomeráty oxidu zirkoničitého v matrici oxidu hlinitého, které pod napětím procházejí fázovou transformací vyvolanou stresem na monoklinickou formu, čímž se rozptýlí smykové napětí a zastaví se šíření trhlin, běžně známé jako transformační zpevnění.

Odolné proti korozi

ZTA nabízí vynikající chemickou odolnost ve srovnání s čistým oxidem hlinitým a dokáže odolat extrémním teplotám bez degradace, což z něj činí ideální volbu materiálu pro průmyslové aplikace v náročných prostředích a podmínkách.

Houževnatost ZTA je zvýšena částicemi zirkonu, které rozptylují a absorbují energii, pomáhá předcházet praskání. Při dopování oxidem yttritým, oxid zirkoničitý se během namáhání mění z metastabilní tetragonální fáze na monoklinickou a vytváří tlaková napětí, která zvyšují lomovou houževnatost.

Keramika na bázi zirkonu, jako je ZTA, obsahuje částice oxidu hlinitého, které odolávají tepelnému šoku. To mu umožňuje odolávat rychlým změnám teploty bez praskání nebo selhání ve vysoce výkonných aplikacích, jako je broušení a řezání; jeho nízká lineární a torzní roztažnost poskytuje vynikající nosnost a výkonnost. ZTA se chlubí 2-3 krát silnější pevnost v tahu ve srovnání s čistým oxidem hlinitým a zároveň má nízké koeficienty lineární/torzní roztažnosti pro výjimečnou nosnost a výkonnost.

Vysoká tuhost

ZTA kombinuje pevnost a odolnost oxidu hlinitého se zirkoniovým tvrzením pro výjimečný materiál pro náročné aplikace. Tato kombinace nabízí bezkonkurenční sílu, lomová houževnatost, vlastnosti pružnosti a tvrdosti v jednom balení.

Claussen objevil v 1976 že přidání nestabilizovaného oxidu zirkoničitého k oxidu hlinitému výrazně zvyšuje jeho lomovou houževnatost, díky tetragonální-monoklinické transformaci dispergovaných jemných tetragonálních precipitátů rozptýlených v jeho matrici. Takové metastabilní precipitáty se nemohou měnit, dokud se neuvolní přibližujícím se čelem trhliny nebo jiným zdrojem uvolnění z jejich omezení., jako například roztavením.

Za tepla lisovaný oxid zirkoničitý 10mol% yttriem stabilizovaný (10YSZ), vyztužené buď částicemi nebo destičkami obsahujícími z 0 do 30 % hmotn. obsahu oxidu hlinitého byly podrobeny přísné pevnosti, zkoušky lomové houževnatosti a pomalého růstu trhlin při 1000C na vzduchu. Výsledky ukázaly, že maximální pevnost v ohybu a lomová houževnatost pro destičkové kompozity bylo dosaženo s tímto obsahem kompozice.

Vysoká pevnost v tahu

Keramika zirkonia nabízí mimořádnou kombinaci pevnosti, odolnost, a všestrannost, která daleko převyšuje tradiční technickou keramiku. Formulace zirkonia, jako je ZTA, poskytují řešení pro dnešní nejobtížnější aplikace, od leteckých komponentů odolávajících drsným prostředím až po biomedicínské implantáty nové generace navržené pro dlouhou životnost. – poskytování spolehlivých řešení pro dnešní nejnaléhavější potřeby.

ZTA vyniká mezi ostatními materiály díky své vynikající pevnosti v ohybu, lomová houževnatost a odolnost proti šíření trhliny díky své metastabilní tetragonální fázi. Tato transformace na monoklinický oxid zirkoničitý při nízké teplotě stlačuje zónu před frontou trhliny, aby zastavila další růst.

Yttria částečně stabilizovaný oxid zirkoničitý (Y-TZP) a cerem částečně stabilizovaný oxid zirkoničitý (Co-TZP) vykazují výjimečné charakteristiky houževnatosti podobné ZTA díky zachování tetragonální fáze udržováním ytria nebo ceru při nižších teplotách, umožňující transformaci ve snesitelnějším teplotním rozsahu a vykazující menší poškození povrchu během cyklických zátěžových zkoušek než protějšky z oxidu hlinitého.

Nízké tření

Zirkonium je jedna z nejtvrdších dostupných technických keramik a její vlastnosti s nízkým třením pomáhají zvyšovat odolnost proti opotřebení a zároveň snižují požadavky na mazání.

Keramika ZTA obsahuje oxid hlinitý pro maximální houževnatost. To umožňuje, aby metastabilní částice tetragonálního oxidu zirkoničitého stabilizované yttriem v matrici oxidu hlinitého zůstaly nezměněny, zůstávají krystalizované díky protkané síti zrn.

Kontrolované složení a podmínky zpracování zajišťují, že po ochlazení z teploty slinování nedochází ke spontánní tetragonální-monoklinické transformaci, přispívá ke schopnosti vícenásobného zásahu při testování lomové houževnatosti. Dále, vysoká homogenita v kompozitech z oxidu hlinitého a zirkoničitého s malou velikostí zrn má za následek nižší energii trhlin, což se zase promítá do kratší délky trhlin při zkouškách vtlačování diamantů.

Vysoká tepelná roztažnost

Vazebná síla matrice oxidu hlinitého jí umožňuje zabránit tomu, aby částice tetragonálního oxidu zirkoničitého po ochlazení přešly na monoklinický oxid zirkoničitý, tedy dělat 10 krtek % Kompozity oxidu zirkoničitého a hlinitého stabilizované ytriem jsou stabilní a bez prasklin.

Přídavek ceru k oxidu zirkoničitému umožňuje jeho částečnou stabilizaci (Co-TZP). Ce-TZP si zachovává svou tetragonální fázi při pokojové teplotě a výrazně zvyšuje houževnatost, lomová houževnatost a pevnost v ohybu ve srovnání s tradičními dentálními keramickými materiály.

Kompozity tvrzeného oxidu hlinitého zirkonem obsahující Ce-TZP, oxid zirkoničitý stabilizovaný ytriem (Y-TZP), nebo oxid zirkoničitý stabilizovaný hořčíkem (Mg-PSZ) vykazují výjimečnou houževnatost, která překonává jak oxid hlinitý, tak monolitický oxid zirkoničitý, Díky tomu je ZTA perfektním kandidátem pro náročné aplikace, jako jsou lékařské implantáty, letecké komponenty a průmyslové stroje. ZTA se také může pochlubit mnoha vlastnostmi chemické odolnosti, které jej chrání proti kyselinám, solné roztoky, roztavené soli alkálie a také vysoké teploty.