Zirconia hærdet aluminiumoxid – Forbedret styrke for industriel ekspertise
Zirconia hærdet aluminiumoxid (ZTA) er en enestående keramik, kendetegnet ved høj sejhed og brudmodstand på grund af yttria-stabiliserede zirconiumoxidpartikler spredt gennem en aluminiumoxidmatrix.
Dette materiale kan modstå hurtige temperaturændringer uden at revne eller gå i stykker, modstår kemisk korrosion og tilbyder fremragende modstandsdygtighed over for termisk stød.
Fremragende korrosionsbestandighed
ZTA keramik tilbyder en ideel balance mellem styrke og værdi, er stærkere end aluminiumoxidprodukter, men billigere end ren zirkoniumoxid. Deres mekaniske egenskaber – brudsejhed, bøjningsstyrke og hårdhed samt termisk stødmodstand – gør dem velegnede til fremstilling af industriværktøjer som skæreskiver.
ZTA opnår sine overlegne egenskaber på grund af tilsætningen af yttria-stabiliseret zirconia (YSZ) partikler i en aluminiumoxidmatrix. Når den er jævnt fordelt, YSZ hjælper med at optimere både hårdhed-brudsejhed og trækstyrke af begge elementer, hvilket resulterer i enestående slidstyrke, kemisk inertitet ved stuetemperatur og varmhårdhed/optagelsesstyrkeegenskaber for et exceptionelt keramisk materiale.
Søg efter ZTA’ mekaniske egenskaber afhænger i høj grad af deres forarbejdningsruter til fremstilling af pulvere, herunder varmebehandlinger, calcineringsmetoder, tørreteknikker og sintringsprocesser samt skræddersyet formgivning med additiver tilsat under produktionen. Alle disse faktorer har en øjeblikkelig effekt på deres styrke, elasticitets- og hårdhedsegenskaber.
Fremragende termisk stødmodstand
ZTA keramik tilbyder fremragende termisk stødmodstand, hvilket gør dem til et fremragende valg til rumfartsapplikationer, der kræver høje niveauer af styrke, sejhed, og kemisk inertitet. Når den er spredt ensartet i en aluminiumoxidmatrix, kan YSZ optimeres. En sådan transformationshærdet zirconia-aluminiumoxid keramik, som vi tilbyder, er BIOLOX delta, som kan findes brugt til ortopædiske bærende komponenter som hofteudskiftninger.
Stress-induceret transformation fra metastabil tetragonal til monoklinisk struktur af YSZ producerer volumenudvidelse og forskydningsbelastning, der modvirker sprækkeudbredelse, øger brudsejheden og forbedrer samtidig bøjningsstyrken. Ydeevnen af en sådan aluminiumoxid-YSZ transformationshærdet keramik afhænger af forarbejdningsbetingelser såvel som af dens støkiometri af oxider i sintringsprocessen.
Dårligt kontrollerede sintringsforhold kan resultere i lav bøjningsstyrke og dårlig homogenitet af en aluminiumoxid-YSZ matrix, muligvis på grund af luftindfangning eller partikelagglomerering. Ved at tilsætte additiver såsom yttria eller magnesiumoxider, man kan reducere tetragonal til monoklin transformationstemperatur og forbedre zirconia sintringsegenskaber.
Fremragende slidstyrke
ZTA udmærker sig ikke kun med hensyn til termisk stødbestandighed og korrosionsbestandighed, men er også meget slidstærk på grund af dens tetragonale-monkliniske fasetransformationsomslutningsmekanisme. Desuden, in vitro undersøgelser har vist, at ZTA-komponenter er mindre tilbøjelige til hydrotermisk nedbrydning – noget af stor betydning inden for hofteudskiftning af lårbenshoved og skålkeramik (såsom BIOLOX delta produceret af CeramTec).
Simulerede slidtest udført på ZTA-komponenter fremstillet af aluminiumoxid-zirconia kompositmaterialer har givet imponerende resultater med hensyn til slidstyrke, bøjningsstyrke og hårdhed. ZTA prøver udsat for flere cyklusser i hoftesimulatoren viste minimal nedbrydning med signifikant lavere overfladeruhed end monolitiske zirconia komponenter.
ZTA-komponenter har vist sig velegnede til krævende applikationer inden for bilfremstilling (varm- og koldformningsværktøj, dåselukkeruller og kapstaner); energiindustrien (lejer, åbningsindsatser og hvirvelsøgere); fødevareforarbejdning (homogenisering af pumpedele); og energiindustrien. Deres mekaniske egenskaber afhænger af mange variabler: forberedelsesveje, der bruges til at fremstille pulvere; tørremetoder anvendt under kalcinering; formgivningsteknikker anvendt under sintringsteknikker; skræddersyet formgivning; tilsatte additiver og partikelstørrelsesfordeling blandt andre.
Fremragende styrke
ZTA keramik bruger stress-induceret transformation til at integrere zirconia i en aluminiumoxidmatrix, øger styrke og holdbarhed over tid. Dette gør ZTA til en fremragende keramisk løsning til industrielle applikationer, der kræver sejhed, høj korrosionsbestandighed, termisk stødtolerance og termisk stødtolerance.
Under belastning, tetragonale metastabile bundfald i kubisk aluminiumoxid undergår en brat transformation til monokliniske partikler, som øger dets brudsejhed ved at skabe kompressive overfladelag, der klæber til revner i dets matrix.
Transformationshærdning er et fænomen kendt som frakturhærdning, hvor øget brudsejhed af aluminiumoxid resulterer i kortere revnelængde, mindre revneafstumpning, og forbedrede interaktioner med allerede eksisterende mikrorevner. Dette tillader hårdt-på-hårdt og hårdt-mod-blødt lejekombinationer, som bruges i moderne medicinsk kvalitet keramik såsom hofteudskiftninger. Desuden, Yttrium stabiliserede zirconia implantater kendt som y-TZP giver beskyttelse mod slid over tid.