Uovertruffen sejhed med zirconia hærdet aluminiumoxid (ZTA) Keramik
Zirconia hærdet aluminiumoxid (ZTA) keramik kan prale af enestående sejhed. De kan prale af overlegen slidstyrke, kemisk inertitet og lav friktion for ubesværet ydeevne i hverdagens opgaver – for ikke at nævne højere hårdhed og stivhed end metaller.
ZTA involverer metastabile tetragonale zirconia polykrystalagglomerater i en aluminiumoxidmatrix, der undergår stress-induceret fasetransformation til monoklinisk form under stress, således sprede forskydningsbelastning og standse revneudbredelse, almindeligvis kendt som transformationshærdning.
Korrosionsbestandig
ZTA tilbyder overlegen kemisk resistens sammenlignet med ren aluminiumoxid og kan modstå ekstreme temperaturer uden nedbrydning, hvilket gør det til det ideelle materialevalg til industrielle anvendelser i barske miljøer og forhold.
ZTAs sejhed forstærkes af zirconia partikler, som spreder og absorberer energi, hjælper med at forhindre revner. Når dopet med yttriumoxid, zirconia ændres fra metastabil tetragonal fase til monoklinisk under stress for at skabe trykspændinger, der øger brudsejhed.
Zirconia-baseret keramik som ZTA indeholder aluminiumoxidpartikler for at modstå termisk chok. Dette gør det muligt at modstå hurtige temperaturændringer uden at revne eller fejle i højtydende applikationer som slibning og skæring; dens lave lineære og torsionsudvidelse giver enestående bæreevne og ydeevne.. ZTA praler 2-3 gange stærkere trækstyrke sammenlignet med ren aluminiumoxid, mens den har lave lineære/torsionsudvidelseskoefficienter for ekstraordinære bæreevner og ydeevne..
Høj stivhed
ZTA kombinerer styrken og holdbarheden af aluminiumoxid med zirconiumoxidhærdning for et exceptionelt materiale til krævende applikationer. Denne kombination giver uovertruffen styrke, brudsejhed, elasticitets- og hårdhedsegenskaber i én pakke.
Claussen opdagede i 1976 at tilsætning af ustabiliseret zirconiumoxid til aluminiumoxid øger dets brudsejhed betydeligt, på grund af den tetragonale-monokliniske transformation af dispergerede fine tetragonale præcipitater spredt i dets matrix. Sådanne metastabile bundfald forhindres i at ændre sig, indtil de frigives af en nærgående revnefront eller anden kilde til fritagelse for deres begrænsning, fx ved at smelte væk.
Varmpresset 10 mol% yttria-stabiliseret zirconia (10YSZ), forstærket med enten partikler eller blodplader indeholdende fra 0 til 30 vægt% aluminiumoxidindhold blev udsat for streng styrke, brudsejhed og langsom revnevæksttest ved 1000C i luft. Resultater viste, at maksimal bøjningsstyrke og brudsejhed for blodpladekompositter blev opnået med dette sammensætningsindhold.
Høj trækstyrke
Zirconia keramik tilbyder en ekstraordinær kombination af styrke, modstandsdygtighed, og alsidighed, der langt overstråler traditionel teknisk keramik. Zirconia-formuleringer som ZTA leverer løsninger til nutidens sværeste applikationer lige fra rumfartskomponenter, der tåler barske miljøer til næste generations biomedicinske implantater designet til lang levetid – leverer pålidelige løsninger til nutidens mest presserende behov.
ZTA skiller sig ud blandt andre materialer på grund af sin overlegne bøjningsstyrke, brudsejhed og modstand mod revneudbredelse på grund af dens metastabile tetragonale fase. Denne transformation til monoklinisk zirconia ved lav temperatur komprimerer zonen foran en revnefront for at stoppe yderligere vækst.
Yttria delvist stabiliseret zirconia (Y-TZP) og cerium delvist stabiliseret zirconia (Hvad-TZP) udviser exceptionelle sejhedsegenskaber svarende til ZTA på grund af tilbageholdelse af tetragonal fase ved at opretholde yttria eller cerium ved lavere temperaturer, tillader transformation ved et mere overskueligt temperaturområde og viser mindre overfladeskader under cykliske belastningstest end aluminiumoxid-modstykker.
Lav friktion
Zirconia er en af de hårdeste tekniske keramik, der findes, og dens egenskaber med lav friktion hjælper med at øge slidstyrken og samtidig reducere smørekravene.
ZTA keramik indeholder aluminiumoxid for maksimal sejhed. Dette gør det muligt for metastabile yttria-stabiliserede tetragonale zirconiumoxidpartikler i en aluminiumoxidmatrix at forblive uændrede, forbliver krystalliseret i kraft af et sammenvævet netværk af korn.
Kontrollerede sammensætning og procesbetingelser sikrer, at spontan tetragonal-til-monoklin transformation ikke sker ved afkøling fra sintringstemperaturen, bidrager til multi-hit-kapacitet i brudsejhedstest. Desuden, høj homogenitet i aluminiumoxid-zirconiumoxidkompositter med små kornstørrelser resulterer i lavere revneenergi, hvilket igen oversættes til kortere revnelængder under diamantindtrykningstest.
Høj termisk udvidelse
Aluminiumoxidmatrixens bindingskraft gør det i stand til at forhindre de tetragonale zirconiumoxidpartikler i at overgå til monoklinisk zirconiumoxid ved afkøling, dermed gør 10 muldvarp % yttria-stabiliserede zirconiumoxid-aluminiumoxidkompositter stabile og revnefri.
Tilsætning af cerium til zirconia gør det muligt at blive delvist stabiliseret (Hvad-TZP). Ce-TZP holder sin tetragonale fase ved stuetemperatur og øger sejheden markant, brudsejhed og bøjningsstyrke sammenlignet med traditionelle dentale keramiske materialer.
Zirconia hærdet aluminiumoxid-kompositter med Ce-TZP, yttria-stabiliseret zirconia (Y-TZP), eller magnesia-stabiliseret zirconia (Mg-PSZ) udviser enestående sejhed, der overgår den for både aluminiumoxid og monolitisk zirconia, hvilket gør ZTA til den perfekte kandidat til krævende applikationer som medicinske implantater, luftfartskomponenter og industrimaskiner. ZTA har også mange kemiske modstandsegenskaber, der beskytter den mod syrer, saltopløsninger, smeltede salte alkalier samt høje temperaturer.