Zirkonem tvrzený oxid hlinitý – Vylepšená síla pro průmyslovou dokonalost

Zirkonem tvrzený oxid hlinitý (ZTA) je výjimečná keramika, vyznačuje se vysokou houževnatostí a odolností proti lomu díky částicím oxidu zirkoničitého stabilizovaného yttriem rozptýleným v matrici oxidu hlinitého.

Tento materiál vydrží rychlé změny teplot bez praskání nebo lámání, odolává chemické korozi a nabízí vynikající odolnost proti tepelným šokům.

Vynikající odolnost proti korozi

Keramika ZTA nabízí ideální rovnováhu mezi silou a hodnotou, je pevnější než produkty z oxidu hlinitého, ale méně nákladný než čistý oxid zirkoničitý. Jejich mechanické vlastnosti – lomová houževnatost, pevnost v ohybu a tvrdost a také odolnost proti tepelným šokům – aby byly vhodné pro výrobu průmyslových nástrojů, jako jsou řezná kola.

ZTA dosahuje svých vynikajících vlastností díky přídavku oxidu zirkoničitého stabilizovaného yttriem (YSZ) částice v matrici oxidu hlinitého. Při rovnoměrném rozptýlení, YSZ pomáhá optimalizovat jak tvrdost-lomovou houževnatost, tak pevnost v tahu obou prvků, což má za následek výjimečnou odolnost proti opotřebení, chemická inertnost při pokojové teplotě a vlastnosti tvrdosti za horka/pevnostní pevnosti pro výjimečný keramický materiál.

produkty ZTA’ mechanické vlastnosti silně závisí na způsobech jejich zpracování pro výrobu prášků, včetně tepelných úprav, kalcinační metody, sušící techniky a procesy slinování, stejně jako přizpůsobené tvarování s přísadami přidanými během výroby. Všechny tyto faktory mají okamžitý vliv na jejich sílu, vlastnosti pružnosti a tvrdosti.

Vynikající odolnost proti tepelným šokům

Keramika ZTA nabízí vynikající odolnost proti tepelným šokům, což z nich dělá vynikající volbu pro letecké aplikace, které vyžadují vysokou úroveň pevnosti, houževnatost, a chemická inertnost. Když je YSZ rovnoměrně rozptýlen v matrici oxidu hlinitého, může být optimalizován. Jednou takovou transformačně tvrzenou zirkonovo-hlinitou keramikou, kterou nabízíme, je BIOLOX delta, který lze použít pro ortopedické nosné součásti, jako jsou náhrady kyčelního kloubu.

Napětím indukovaná transformace z metastabilní tetragonální na monoklinickou strukturu YSZ vytváří objemovou expanzi a smykové napětí, které působí proti šíření trhlin, zvýšení lomové houževnatosti při současném zlepšení pevnosti v ohybu. Výkon takové keramiky tvrzené transformací oxid hlinitý-YSZ závisí na podmínkách zpracování a také na její stechiometrii oxidů složek v procesu slinování..

Špatně kontrolované podmínky slinování mohou mít za následek nízkou pevnost v ohybu a špatnou homogenitu matrice alumina-YSZ, potenciálně kvůli zachycení vzduchu nebo aglomeraci částic. Přidáním přísad, jako jsou oxidy yttria nebo hořčíku, lze snížit tetragonální až monoklinickou transformační teplotu a zlepšit slinovací vlastnosti oxidu zirkoničitého.

Vynikající odolnost proti opotřebení

ZTA vyniká nejen z hlediska odolnosti proti tepelným šokům a odolnosti proti korozi, ale je také vysoce odolný proti opotřebení díky mechanismu zapouzdření tetragonální-monklinické fáze. Dále, studie in vitro odhalily, že složky ZTA jsou méně náchylné k hydrotermální degradaci – něco, co má velký význam v keramice hlavice stehenní kosti a miskové náhrady kyčelního kloubu (jako je BIOLOX delta vyráběný společností CeramTec).

Simulované testy opotřebení provedené na součástech ZTA vyrobených z kompozitních materiálů na bázi oxidu hlinitého a zirkonu přinesly působivé výsledky z hlediska odolnosti proti opotřebení, pevnost v ohybu a tvrdost. Vzorky ZTA vystavené více cyklům v simulátoru kyčle vykazovaly minimální degradaci s výrazně nižší drsností povrchu než monolitické komponenty zirkonu.

Komponenty ZTA se ukázaly jako vhodné pro náročné aplikace v automobilové výrobě (nástroje pro tváření za tepla a za studena, válečky a navijáky pro uzávěry plechovek); energetický průmysl (ložiska, clonové vložky a vyhledávače vírů); zpracování potravin (homogenizační části čerpadla); a energetický průmysl. Jejich mechanické vlastnosti závisí na mnoha proměnných: způsoby přípravy používané k přípravě prášků; způsoby sušení používané během kalcinace; tvářecí techniky používané během slinovacích technik; tvarování na míru; přidaná aditiva a distribuce velikosti částic mimo jiné.

Vynikající pevnost

Keramika ZTA používá transformaci vyvolanou napětím k integraci oxidu zirkoničitého do matrice oxidu hlinitého, zvýšení pevnosti a trvanlivosti v průběhu času. Díky tomu je ZTA vynikající keramické řešení pro průmyslové aplikace vyžadující houževnatost, vysoká odolnost proti korozi, odolnost vůči teplotním šokům a teplotním šokům.

Pod napětím, tetragonální metastabilní precipitáty v kubickém oxidu hlinitém procházejí náhlou transformací na monoklinické částice, které zvyšují jeho lomovou houževnatost vytvořením tlakových povrchových vrstev, které přilnou k trhlinám v jeho matrici.

Transformační zpevnění je jev známý jako lomové zpevnění, přičemž zvýšená lomová houževnatost oxidu hlinitého vede ke kratší délce trhliny, menší otupení trhlin, a zlepšené interakce s již existujícími mikrotrhlinami. To umožňuje kombinace tvrdých a tvrdých ložisek, které se používají v moderní keramice lékařské kvality, jako jsou kyčelní náhrady. Dále, Yttriem stabilizované zirkonové implantáty známé jako y-TZP poskytují ochranu před opotřebením v průběhu času.