Avanceret sejhed til industrielle applikationer
Zirconia hærdet aluminiumoxid (ZTA) keramiske komponenter kombinerer hårdheden og styrken af aluminiumoxid med zirconiumoxids overlegne brudsejhed for at levere ydeevne og lang levetid til industrielle applikationer.
Stress-induceret transformation af fine tetragonale zirkoniumoxidpartikler indlejret i en aluminiumoxidmatrix fører til ZTA-materialer med overlegen styrke og sejhed, velegnet til brug i forskellige barske miljøer.
Sejhed
ZTA-materialer kombinerer hårdheden af aluminiumoxid med zirconiums sejhed for uovertruffen modstandsdygtighed over for slid og slid. Denne effekt er muliggjort gennem stress-induceret transformationshærdning: når man er stresset, zirkoniumoxidpartikler går fra deres metastabile tetragonale fase til stabil monoklinisk form; volumenudvidelse forårsaget af denne strukturelle ændring hjælper med at lukke eventuelle revner i en aluminiumoxidmatrix og øger sejheden betydeligt.
ZTA indeholder zirkonia-blodplader, der nukleerer til en aluminiumoxidmatrix under sintring, forbedring af brudsejhed og styrke, samtidig med at brudsejheden øges, skabe et materiale med større bøjningsstyrke end Y-TZP og op til det dobbelte af dets cykliske udmattelsesstyrke. Denne kombination af sejhed fra aluminiumoxid kombineret med zirconia styrke gør ZTA til et fremragende materialevalg til industrielle applikationer, der kræver modstandsdygtighed over for skader.
Holdbarhed
Zirconia hærdet aluminiumoxid (ZTA) kan prale af enestående bøjnings- og trykstyrker, med lav termisk udvidelse svarende til aluminiumoxid og fremragende slidstyrkeegenskaber.
Zirconia hærdet aluminiumoxid er skabt ved at tilføje tetragonale zirconia korn via stress-induceret transformation til en hård aluminiumoxid matrix, at indkapsle dem i sin struktur, mens de begrænser deres transformation til lokale områder i stedet for at sprede sig overalt.
Denne mekanisme gør aluminiumoxid-zirconiumoxidkompositter langt mere holdbare end monolitiske zirconiumoxider på grund af deres modstand mod vandabsorption gennem kemisorption; monolitisk zirconia kan absorbere polære vandmolekyler, hvilket fører til lav temperatur nedbrydning og til sidst nedbrydning efter lang tids brug.
ZTA, på den anden side, er specielt udviklet til at lette denne tetragonale til monokliniske transformation gennem strukturelle egenskaber og kemiske tilsætningsstoffer. CeramTec markedsfører Biolox Delta ZTA som et eksempel; denne formulering indeholder yttriumoxid og strontiumaluminat for at lette hærdningsmekanismer i dens zirconiumoxidfase og har følgelig mindre risiko for nedbrydning ved lav temperatur, mens den modstår højtemperaturmiljøer.
Korrosionsbestandighed
ZTA-keramik tilbyder overlegen korrosionsbestandighed i forhold til deres aluminiumoxid-modstykker og kan derfor bruges i udstyr udsat for barske miljøer. Desuden, ZTA kan modstå højere temperaturer og samtidig tilbyde større kemisk stabilitet.
Garvie et al (1975) demonstreret, at tilføje 10-20% ustabiliseret zirconia kan i høj grad forbedre sejheden sammenlignet med aluminiumoxid, gennem transformationshærdning. Denne proces opstår, når fint spredte tetragonale metastabile bundfald ændres til monoklinisk zirconia under stress, hvilket forårsager volumenudvidelse, der komprimerer revner og bremser eller stopper deres udbredelse.
Denne mekanisme ligner den for deformationsinducerede spændinger; imidlertid, For at forårsage faseændringer skal spændingsfeltet være stort nok; for revner i ZTA-prøver kommer denne energi fra bøjningsspændinger ved brudsteder.
Varmemodstand
Zirconia Toughened Alumina har et usædvanligt højt smeltepunkt og korrosionsbestandighed, hvilket gør det til det ideelle materiale til udstyr, der ofte udsættes for høje temperaturer. Desuden, denne variant har større friktionsmodstand end standard aluminiumoxid, hjælper med at reducere slitage på udstyr, der udsættes for højere niveauer af kinetisk energi.
ZTA keramik er skabt gennem stress-induceret transformation af tetragonale zirconia partikler til en aluminiumoxid matrix, skabe trykspændinger i dem, der forhindrer revneudbredelse, øger både styrke og sejhed, samtidig med at den giver termisk stødmodstand uden brud eller revner. De kan prale af fremragende termisk stødmodstand; modstå hurtige temperaturændringer uden brud eller revner under stress.
Zirconia-hærdet aluminiumoxid har mange anvendelser på tværs af flere industrier på grund af dets store sæt af egenskaber. Maskinteknik bruger det til pumpekomponenter og tætninger; halvlederbehandling udnytter det på grund af dets termiske stabilitet og styrke; rumfart, bilindustrien og elindustrien bruger det som motordele på grund af dets modstandsdygtighed mod korrosion og skrappe kemikalier; den kan endda modstå høje bøjningsstyrker til tandimplantater!