Pokročilá houževnatost pro průmyslové aplikace

Zirkonem tvrzený oxid hlinitý (ZTA) keramické komponenty kombinují tvrdost a pevnost oxidu hlinitého s vynikající lomovou houževnatostí oxidu zirkoničitého, aby poskytovaly výkon a dlouhou životnost pro průmyslové aplikace.

Transformace jemných tetragonálních částic oxidu zirkoničitého v matrici oxidu hlinitého vyvolaná napětím vede k materiálům ZTA s vynikající pevností a houževnatostí., vhodné pro použití v různých náročných prostředích.

Houževnatost

Materiály ZTA kombinují tvrdost oxidu hlinitého s houževnatostí oxidu zirkoničitého pro bezkonkurenční odolnost proti opotřebení a oděru. Tento efekt je možný díky transformačnímu zpevnění vyvolanému napětím: při stresu, částice oxidu zirkoničitého přecházejí ze své metastabilní tetragonální fáze do stabilní monoklinické formy; objemová expanze způsobená touto strukturální změnou pomáhá uzavřít jakékoli trhliny v matrici oxidu hlinitého a výrazně zvýšit houževnatost.

ZTA obsahuje zirkoniové destičky, které během slinování nukleují do matrice oxidu hlinitého, zlepšení lomové houževnatosti a pevnosti při současném zvýšení lomové houževnatosti, vytváří materiál s větší pevností v ohybu než Y-TZP a až dvojnásobnou jeho cyklickou únavovou pevností. Tato kombinace houževnatosti z oxidu hlinitého v kombinaci s pevností oxidu zirkoničitého činí ZTA vynikající volbou materiálu pro průmyslové aplikace vyžadující odolnost proti poškození.

Trvanlivost

Zirkonem tvrzený oxid hlinitý (ZTA) se může pochlubit vynikající pevností v ohybu a tlaku, s nízkou tepelnou roztažností ekvivalentní alumině a vynikající odolností proti opotřebení.

Zirkoniový tvrzený oxid hlinitý se vytváří přidáním tetragonálních zrn oxidu zirkoničitého prostřednictvím transformace vyvolané napětím na tvrdou matrici oxidu hlinitého, zapouzdřit je do své struktury a zároveň omezit jejich přeměnu na místní oblasti namísto jejich šíření.

Tento mechanismus činí kompozity z oxidu hlinitého a zirkonu mnohem odolnější než monolitické zirkonie díky jejich odolnosti vůči absorpci vody chemisorpcí.; monolitický oxid zirkoničitý může absorbovat polární molekuly vody, což vede k degradaci při nízkých teplotách a nakonec k rozpadu po dlouhodobém používání.

ZTA, na druhé straně, je speciálně navržen tak, aby usnadnil tuto tetragonální-monoklinickou transformaci prostřednictvím strukturních znaků a chemických přísad. CeramTec uvádí na trh Biolox Delta ZTA jako příklad; tato formulace obsahuje yttria a hlinitan strontnatý, aby se usnadnily vytvrzovací mechanismy ve své zirkonové fázi, a proto má menší riziko degradace při nízkých teplotách a zároveň odolává prostředí s vysokou teplotou.

Odolnost proti korozi

Keramika ZTA nabízí vynikající odolnost proti korozi než jejich protějšky z oxidu hlinitého a lze ji proto použít v zařízeních vystavených drsnému prostředí. Dále, ZTA odolá vyšším teplotám a zároveň nabízí větší chemickou stabilitu.

Garvie a kol (1975) prokázal, že přidání 10-20% nestabilizovaný oxid zirkoničitý může výrazně zvýšit houževnatost ve srovnání s oxidem hlinitým, prostřednictvím transformačního zpevnění. K tomuto procesu dochází, když se jemně rozptýlené tetragonální metastabilní precipitáty pod napětím mění na monoklinický oxid zirkoničitý, který způsobuje objemovou expanzi, která stlačuje trhliny a zpomaluje nebo zastavuje jejich šíření..

Tento mechanismus se podobá mechanismu deformací vyvolaných napětí; však, aby došlo k fázovým změnám, musí být pole napětí dostatečně velké; u trhlin ve vzorcích ZTA tato energie pochází z ohybových napětí v místech lomu.

Tepelná odolnost

Zirkonový tvrzený oxid hlinitý se může pochlubit výjimečně vysokým bodem tání a odolností proti korozi, což z něj činí ideální materiál pro zařízení často vystavená vysokým teplotám. Dále, tato varianta má větší třecí odpor než standardní oxid hlinitý, pomáhá snižovat opotřebení zařízení vystaveného vyšším úrovním kinetické energie.

Keramika ZTA je vytvořena přeměnou tetragonálních částic oxidu zirkoničitého na matrici oxidu hlinitého vyvolanou napětím, vytváří v nich tlaková napětí, která brání šíření trhlin, zvyšuje pevnost a houževnatost a zároveň poskytuje odolnost proti tepelným šokům bez lámání nebo praskání. Vyznačují se vynikající odolností proti tepelným šokům; odolává rychlým změnám teploty bez lomu nebo praskání pod napětím.

Oxid hlinitý tvrzený oxidem zirkoničitým má mnoho použití v různých průmyslových odvětvích díky své rozsáhlé sadě vlastností. Strojírenství jej používá pro součásti čerpadel a těsnění; zpracování polovodičů jej využívá díky jeho tepelné stabilitě a pevnosti; letectví a kosmonautiky, automobilový a energetický průmysl jej využívají jako součásti motorů díky jeho odolnosti proti korozi a agresivním chemikáliím; může dokonce odolat vysoké pevnosti v ohybu u zubních implantátů!