Zirconia hærdet aluminiumoxid til avancerede applikationer

ZTA er et alumina-zirconium-kompositmateriale, kendetegnet ved overlegen styrke og sejhed. Fremstillet gennem stress-induceret transformation af fine tetragonale zirconiumoxidpartikler i en aluminiumoxidmatrix.

Zirconia keramik er bemærkelsesværdige tekniske materialer, prale af fremragende hårdhed, termisk stabilitet, slidstyrke og driftsmiljøer, hvor mange andre keramik ikke kan yde. Metaller og plast kan simpelthen ikke sammenlignes. Desuden, Zirconia keramik udviser også enestående hårdhed til fremstilling af værktøjer.

Styrke

ZTA skiller sig ud blandt keramiske materialer med sin enestående styrke og sejhed, slidstyrke, kemisk inertitet, lav friktionskoefficient, høj hårdhed/stivhedsforhold og relativt lav termisk udvidelseskoefficient sammenlignet med de fleste andre – hvilket gør det til et ideelt materiale til applikationer som skærende værktøjer. Desuden, dens biokompatibilitet gør også ZTA til et attraktivt materialevalg.

ZTA er defineret ved sin meget ensartede fordeling af tetragonale zirconiumoxidpartikler i en aluminiumoxidmatrix. Dette opnås ved hjælp af sofistikerede blandeteknikker såsom kuglefræsning og højenergislidfræsning; når de er blandet sammen, kan pulverne derefter formes til deres tilsigtede komponent ved hjælp af tørpresning, isostatisk presning, sprøjtestøbning eller ekstruderingsteknikker.

Zirconia spredt gennem en aluminiumoxidmatrix forbedrer brudsejhed ved at absorbere og sprede revneenergi, kendt som transformationshærdning. Zirconia bidrager også til slidstyrke ved at producere trykspændinger, som forhindrer revneudbredelse – kendt som selvskærpende – hvilket gør ZTA til et fremragende materialevalg til slibeskiver.

Sejhed

Zirconia hærdet aluminiumoxid (ZTA) keramik kan prale af imponerende styrke og brudsejhed, hvilket gør dem perfekte til brug på tværs af en række applikationer og miljøer. Denne bemærkelsesværdige modstandskraft kommer fra stress-induceret fasetransformation af fine, ensartet dispergerede tetragonale zirconiumoxidpartikler dispergeret i en aluminiumoxidmatrix; spænding inducerer fasetransformation for at producere mikrorevnenetværk af zirconiumoxid-aluminiumoxid, der absorberer energi fra revneudbredelse og effektivt forsinker deres spredning og øger brudmodstanden (Clausen 1976).

ZTA skiller sig ud på grund af dens enestående termiske stødmodstand. Takket være dens unikke kombination af tetragonal-monoklin fasesammensætning, denne keramik kan modstå hurtige temperaturændringer uden at revne eller gå i stykker, mens spændingsinduceret transformation af zirconia til dets metastabile tetragonale form genererer trykspændinger, som modvirker dannelsen af ​​revner i dens aluminiumoxidmatrix og øger sejheden betydeligt, hvilket yderligere øger ZTAs ydeevne.

ZTA kan prale af ikke kun sin stærke, tetragonal-monoklin struktur og høj brudsejhed, men også en lav termisk udvidelseskoefficient (CTE), hvilket gør den velegnet til applikationer, der kræver ekstreme temperaturer eller miljøer, hvor dimensionsstabilitet er afgørende, såsom præcisionskomponenter eller elektroniske pakker.

ZTA skiller sig ud blandt medicinske implantatmaterialer på grund af dets kombination af kemisk resistens, mekaniske egenskaber og spændingsassisteret korrosionsbestandighed i vand eller kropsvæsker, hvilket gør det til en førsteklasses kandidat til medicinske implantater såsom ortopædiske lårbenshoveder og acetabulære liner. BioLOX Delta biomateriale er et sådant eksempel; brugt flittigt under ortopædiske operationer til begge applikationer.

Korrosionsbestandighed

ZTA kan prale af overlegne egenskaber af både alumina og zirconia, hvilket gør den meget modstandsdygtig over for både kemisk angreb og slid, hvilket gør den perfekt til applikationer, der involverer korrosionsudsatte miljøer eller gentagen friktion eller mekanisk belastning.

Kombination af hårdheden af ​​aluminiumoxid med zirconiumoxids sejhed resulterer i fremragende tribologiske egenskaber, der giver fremragende slidstyrke i komponenter med tung belastning og langvarig brug, såsom ortopædiske implantater, skæreværktøjer og slidbestandige komponenter, der bruges til væskestyring (trådstyr, lejer, dyser osv). Denne kombination er især anvendelig i medicinske og industrielle omgivelser som ortopædiske implantater, skæreværktøj eller væskehåndtering (gevindstyr lejer dyser mm).

ZTAs forbedrede brudsejhed kan tilskrives dets fint fordelte zirconiumoxidpartikler i dets aluminiumoxidmatrix. Når revner begynder at forplante sig, når deres energi stiger og forplanter sig videre, disse tetragonale zirconiumoxidkorn gennemgår fasetransformation for at absorbere og sprede det som en del af en transformationshærdende mekanisme – dermed forbedre brudsejheden af ​​dette materiale.

Succes med fremstilling af ZTA-keramik ligger i at bruge zirconiumoxid- og aluminiumoxidpulver af høj kvalitet fri for urenheder. Sintring skal kontrolleres for at undgå spontan tetragonal-til-monoklin zirconia transformation under afkøling og for at minimere metastabil monoklin fasedannelse, som er modtagelig for kemisorption med vandmolekyler, hvilket fører til lav temperatur nedbrydning ved langvarig brug; Saint-Gobain ZirPro's ZTA-keramiks sintringsproces blev specielt skabt for at undgå sådanne uønskede fænomener. Heldigvis er Saint-Gobain ZirPro-keramikkens ZTA-keramik designet specielt til at forhindre sådanne fænomener i at ske –

Termisk stabilitet

Zirconia hærdet aluminiumoxid (ZTA) kan modstå hurtige temperaturændringer uden at revne eller gå i stykker, takket være zirkoniumoxidpartikler spredt i en aluminiumoxidmatrix, der absorberer varmeenergi og skaber trykspændinger, som forhindrer revner og svigt. Fordi ZTA absorberer termisk energi så effektivt, dette materiale er et fremragende valg til applikationer, der kræver modstand mod høje temperaturer.

Tilsætning af zirconia til en aluminiumoxidmatrix kan øge brudsejheden og samtidig forbedre mekaniske egenskaber som styrke og slidstyrke. Den øgede brudsejhed i ZTA kan tilskrives stress-induceret transformation fra metastabil tetragonal fase til monoklin fase ved omgivende temperaturer; en effekt forstærket af mindre zirconiumoxidkornstørrelser end dem i aluminiumoxid.

Stabilisatorer anvendes ofte til at bevare den tetragonale zirconia fase i ZTA materialer såsom Biolox Delta; imidlertid, lignende resultater kan opnås uden stabilisatorer med hensyn til partikelfordeling og brudsejhed.

En kombination af alumina og zirconia skaber en avanceret keramik, der udmærker sig ved styrke, brudsejhed, elasticitet og hårdhed – egenskaber, der er afgørende for applikationer, der kræver strukturel ydeevne og korrosionsbestandighed. ZTA keramik har en tendens til at overgå 99% alumina keramik ved at være omkostningseffektiv og samtidig opfylde specifikke applikationsbehov mere effektivt; deres forhold kan endda skræddersyes specifikt.