Zirkonem tvrzený oxid hlinitý – Vylepšená síla pro průmyslovou dokonalost

Zirkonem tvrzený oxid hlinitý (ZTA) je výjimečná keramika, distinguished by high toughness and fracture resistance due to yttria stabilized zirconia particles dispersed through an alumina matrix.

This material can withstand rapid temperature changes without cracking or breaking, resists chemical corrosion and offers excellent thermal shock resistance.

Excellent Corrosion Resistance

ZTA ceramics offer an ideal balance between strength and value, being stronger than alumina products but less costly than pure zirconia. Their mechanical properties – lomová houževnatost, flexural strength and hardness as well as thermal shock resistance – make them suitable for making industrial tools like cutting wheels.

ZTA achieves its superior properties due to the addition of yttria stabilized zirconia (YSZ) particles within an alumina matrix. When dispersed evenly throughout, 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.