Unübertroffene Zähigkeit mit gehärtetem Zirkonoxid-Aluminiumoxid (ZTA) Keramik

Zirkonoxidgehärtetes Aluminiumoxid (ZTA) Keramik zeichnet sich durch eine beispiellose Zähigkeit aus. Sie zeichnen sich durch eine hervorragende Verschleißfestigkeit aus, chemische Trägheit und geringe Reibung für mühelose Leistung bei alltäglichen Aufgaben – ganz zu schweigen von der höheren Härte und Steifigkeit als Metalle.

Bei ZTA handelt es sich um metastabile tetragonale Zirkoniumoxid-Polykristallagglomerate in einer Aluminiumoxidmatrix, die unter Belastung eine spannungsinduzierte Phasenumwandlung in eine monokline Form durchlaufen, Dadurch wird die Scherspannung verteilt und die Rissausbreitung gestoppt, allgemein bekannt als Transformationsverstärkung.

Korrosionsbeständig

ZTA bietet im Vergleich zu reinem Aluminiumoxid eine überlegene chemische Beständigkeit und hält extremen Temperaturen ohne Qualitätsverlust stand, Dies macht es zur idealen Materialwahl für industrielle Anwendungen in rauen Umgebungen und Bedingungen.

Die Zähigkeit von ZTA wird durch Zirkonoxidpartikel erhöht, die Energie verteilen und absorbieren, hilft, Risse zu verhindern. Bei Dotierung mit Yttriumoxid, Zirkonoxid verändert sich unter Belastung von der metastabilen tetragonalen Phase zur monoklinen Phase und erzeugt so Druckspannungen, die die Bruchzähigkeit erhöhen.

Keramiken auf Zirkonoxidbasis wie ZTA enthalten Aluminiumoxidpartikel, um thermischen Schocks standzuhalten. Dadurch kann es schnellen Temperaturschwankungen standhalten, ohne dass es bei Hochleistungsanwendungen wie Schleifen und Schneiden zu Rissen oder Ausfällen kommt; Seine geringe Längen- und Torsionsausdehnung sorgt für hervorragende Tragfähigkeit und Leistungsfähigkeit. ZTA prahlt 2-3 Im Vergleich zu reinem Aluminiumoxid ist die Zugfestigkeit um ein Vielfaches höher und weist gleichzeitig niedrige lineare/torsionelle Ausdehnungskoeffizienten für außergewöhnliche Tragfähigkeiten und Leistungsfähigkeiten auf.

Hohe Steifigkeit

ZTA kombiniert die Festigkeit und Haltbarkeit von Aluminiumoxid mit der Zähigkeit von Zirkonoxid zu einem außergewöhnlichen Material für anspruchsvolle Anwendungen. Diese Kombination bietet beispiellose Stärke, Bruchzähigkeit, Elastizitäts- und Härteeigenschaften in einem Paket.

Claussen entdeckte in 1976 dass die Zugabe von unstabilisiertem Zirkonoxid zu Aluminiumoxid dessen Bruchzähigkeit deutlich erhöht, aufgrund der tetragonal-monoklinen Umwandlung dispergierter feiner tetragonaler Niederschläge, die in seiner Matrix verteilt sind. Solche metastabilen Niederschläge werden an der Veränderung gehindert, bis sie durch eine sich nähernde Rissfront oder eine andere Quelle der Entlastung von ihrer Beschränkung freigesetzt werden, etwa durch Wegschmelzen.

Heißgepresstes 10 Mol-% Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid (10YSZ), verstärkt mit entweder Partikeln oder Blutplättchen, die aus enthalten 0 bis 30 Gew.-% Aluminiumoxidgehalt wurden einer strengen Festigkeitsprüfung unterzogen, Bruchzähigkeits- und langsame Risswachstumstests bei 1000 °C in Luft. Die Ergebnisse zeigten, dass mit diesem Zusammensetzungsgehalt die maximale Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit für Plättchenverbundwerkstoffe erreicht wurde.

Hohe Zugfestigkeit

Zirkonoxidkeramik bietet eine außergewöhnliche Kombination aus Festigkeit, Widerstandsfähigkeit, und Vielseitigkeit, die die traditionelle technische Keramik bei weitem in den Schatten stellt. Zirkonoxidformulierungen wie ZTA bieten Lösungen für die schwierigsten Anwendungen von heute, von Luft- und Raumfahrtkomponenten, die rauen Umgebungen standhalten, bis hin zu biomedizinischen Implantaten der nächsten Generation, die auf Langlebigkeit ausgelegt sind – Bereitstellung zuverlässiger Lösungen für die dringendsten Anforderungen von heute.

ZTA zeichnet sich unter anderen Materialien durch seine überragende Biegefestigkeit aus, Bruchzähigkeit und Widerstand gegen Rissausbreitung aufgrund seiner metastabilen tetragonalen Phase. Diese Umwandlung in monoklines Zirkonoxid bei niedriger Temperatur komprimiert die Zone vor einer Rissfront, um weiteres Wachstum zu stoppen.

Yttriumoxid, teilweise stabilisiertes Zirkonoxid (Y-TZP) und Cer-teilstabilisiertes Zirkonoxid (Was-TZP) weisen außergewöhnliche Zähigkeitseigenschaften ähnlich wie ZTA auf, da die tetragonale Phase erhalten bleibt, indem Yttriumoxid oder Cer bei niedrigeren Temperaturen gehalten werden, Dies ermöglicht eine Umwandlung in einem besser beherrschbaren Temperaturbereich und weist bei zyklischen Belastungstests weniger Oberflächenschäden auf als Gegenstücke aus Aluminiumoxid.

Geringe Reibung

Zirkonoxid ist eine der härtesten verfügbaren technischen Keramiken und seine geringen Reibungseigenschaften tragen dazu bei, die Verschleißfestigkeit zu erhöhen und gleichzeitig den Schmierungsbedarf zu verringern.

ZTA-Keramik enthält Aluminiumoxid für maximale Zähigkeit. Dadurch bleiben metastabile Yttriumoxid-stabilisierte tetragonale Zirkonoxidpartikel in einer Aluminiumoxidmatrix unverändert, bleibt aufgrund eines verwobenen Netzwerks von Körnern kristallisiert.

Kontrollierte Zusammensetzungs- und Verarbeitungsbedingungen stellen sicher, dass es beim Abkühlen von der Sintertemperatur nicht zu einer spontanen Umwandlung von tetragonal zu monoklin kommt, Beitrag zur Multi-Hit-Fähigkeit bei der Bruchzähigkeitsprüfung. Außerdem, Eine hohe Homogenität in Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundwerkstoffen mit kleinen Korngrößen führt zu einer geringeren Rissenergie, was sich wiederum in kürzeren Risslängen bei Diamant-Eindrucktests niederschlägt.

Hohe Wärmeausdehnung

Die Bindungskraft der Aluminiumoxidmatrix verhindert, dass die tetragonalen Zirkonoxidpartikel beim Abkühlen in monoklines Zirkonoxid übergehen, so machen 10 Mol % Yttriumoxidstabilisierte Zirkonoxid-Aluminiumoxid-Verbundwerkstoffe, stabil und rissfrei.

Durch die Zugabe von Cer zu Zirkonoxid kann es teilweise stabilisiert werden (Was-TZP). Ce-TZP behält seine tetragonale Phase bei Raumtemperatur und erhöht die Zähigkeit deutlich, Bruchzähigkeit und Biegefestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Dentalkeramikmaterialien.

Zirkonoxidgehärtete Aluminiumoxid-Verbundwerkstoffe mit Ce-TZP, Yttriumoxidstabilisiertes Zirkonoxid (Y-TZP), oder Magnesiumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid (Mg-PSZ) weisen eine außergewöhnliche Zähigkeit auf, die die von Aluminiumoxid und monolithischem Zirkonoxid übertrifft, Dies macht ZTA zum perfekten Kandidaten für anspruchsvolle Anwendungen wie medizinische Implantate, Luft- und Raumfahrtkomponenten und Industriemaschinen. ZTA verfügt außerdem über viele chemische Beständigkeitseigenschaften, die es vor Säuren schützen, Salzlösungen, geschmolzene Salze, Laugen sowie hohe Temperaturen.