Erweiterte Zähigkeit für industrielle Anwendungen

Zirkonoxidgehärtetes Aluminiumoxid (ZTA) Keramikkomponenten kombinieren die Härte und Festigkeit von Aluminiumoxid mit der überlegenen Bruchzähigkeit von Zirkonoxid, um Leistung und Langlebigkeit für industrielle Anwendungen zu bieten.

Die spannungsinduzierte Umwandlung feiner tetragonaler Zirkonoxidpartikel, die in eine Aluminiumoxidmatrix eingebettet sind, führt zu ZTA-Materialien mit überlegener Festigkeit und Zähigkeit, Geeignet für den Einsatz in verschiedenen rauen Umgebungen.

Zähigkeit

ZTA-Materialien kombinieren die Härte von Aluminiumoxid mit der Zähigkeit von Zirkonoxid für eine beispiellose Verschleiß- und Abriebfestigkeit. Dieser Effekt wird durch die spannungsinduzierte Umwandlungsverfestigung ermöglicht: wenn gestresst, Zirkonoxidpartikel gehen von ihrer metastabilen tetragonalen Phase in eine stabile monokline Form über; Die durch diese Strukturveränderung verursachte Volumenexpansion trägt dazu bei, etwaige Risse in einer Aluminiumoxidmatrix zu schließen und die Zähigkeit deutlich zu erhöhen.

ZTA enthält Zirkonoxidplättchen, die beim Sintern eine Aluminiumoxidmatrix bilden, Verbesserung der Bruchzähigkeit und Festigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Bruchzähigkeit, Dadurch entsteht ein Material mit höherer Biegefestigkeit als Y-TZP und bis zu doppelter zyklischer Ermüdungsfestigkeit. Diese Kombination aus der Zähigkeit von Aluminiumoxid in Kombination mit der Festigkeit von Zirkonoxid macht ZTA zu einer hervorragenden Materialwahl für industrielle Anwendungen, die Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigungen erfordern.

Haltbarkeit

Zirkonoxidgehärtetes Aluminiumoxid (ZTA) zeichnet sich durch hervorragende Biege- und Druckfestigkeiten aus, mit geringer Wärmeausdehnung, die der von Aluminiumoxid entspricht, und hervorragenden Verschleißfestigkeitseigenschaften.

Zirkonoxidgehärtetes Aluminiumoxid entsteht durch Zugabe tetragonaler Zirkonoxidkörner durch spannungsinduzierte Umwandlung zu einer harten Aluminiumoxidmatrix, indem es sie in seine Struktur einschließt und gleichzeitig ihre Transformation auf lokale Bereiche beschränkt, anstatt sich überall auszubreiten.

Dieser Mechanismus macht Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer Beständigkeit gegenüber Wasseraufnahme durch Chemisorption weitaus haltbarer als monolithisches Zirkonoxid; Monolithisches Zirkonoxid kann polare Wassermoleküle absorbieren, was zu einer Zersetzung bei niedrigen Temperaturen und schließlich zu einem Zusammenbruch nach längerem Gebrauch führt.

ZTA, auf der anderen Seite, wurde speziell entwickelt, um diese Umwandlung von tetragonal zu monoklin durch Strukturmerkmale und chemische Zusätze zu erleichtern. CeramTec vermarktet beispielsweise Biolox Delta ZTA; Diese Formulierung enthält Yttriumoxid und Strontiumaluminat, um die Zähigkeitsmechanismen innerhalb der Zirkonoxidphase zu erleichtern, und birgt daher ein geringeres Risiko einer Zersetzung bei niedrigen Temperaturen, während sie Umgebungen mit hohen Temperaturen standhält.

Korrosionsbeständigkeit

ZTA-Keramik bietet im Vergleich zu Aluminiumoxid-Gegenstücken eine überlegene Korrosionsbeständigkeit und kann daher in Geräten verwendet werden, die rauen Umgebungen ausgesetzt sind. Außerdem, ZTA hält höheren Temperaturen stand und bietet gleichzeitig eine größere chemische Stabilität.

Garvie et al (1975) demonstrierte das Hinzufügen 10-20% Unstabilisiertes Zirkonoxid kann die Zähigkeit im Vergleich zu Aluminiumoxid erheblich verbessern, durch Transformationsverstärkung. Dieser Prozess findet statt, wenn sich fein verteilte tetragonale metastabile Ausscheidungen unter Spannung in monoklines Zirkonoxid umwandeln, was zu einer Volumenausdehnung führt, die Risse komprimiert und ihre Ausbreitung verlangsamt oder stoppt.

Dieser Mechanismus ähnelt dem von verformungsinduzierten Spannungen; Jedoch, Um Phasenänderungen zu verursachen, muss das Spannungsfeld groß genug sein; Bei Rissen in ZTA-Proben stammt diese Energie aus Biegespannungen an Bruchstellen.

Hitzebeständigkeit

Zirkonoxid-gehärtetes Aluminiumoxid zeichnet sich durch einen außergewöhnlich hohen Schmelzpunkt und Korrosionsbeständigkeit aus, Damit ist es das ideale Material für Geräte, die häufig hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Außerdem, Diese Variante hat einen höheren Reibungswiderstand als Standard-Aluminiumoxid, Sie tragen dazu bei, den Verschleiß von Geräten zu reduzieren, die einem höheren Maß an kinetischer Energie ausgesetzt sind.

ZTA-Keramik entsteht durch spannungsinduzierte Umwandlung tetragonaler Zirkonoxidpartikel in eine Aluminiumoxidmatrix, In ihnen entstehen Druckspannungen, die die Rissausbreitung verhindern, Erhöht sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit und sorgt gleichzeitig für Thermoschockbeständigkeit ohne Brüche oder Risse. Sie zeichnen sich durch eine hervorragende Thermoschockbeständigkeit aus; widersteht schnellen Temperaturschwankungen, ohne unter Belastung zu brechen oder zu reißen.

Mit Zirkonoxid gehärtetes Aluminiumoxid findet aufgrund seiner vielfältigen Eigenschaften zahlreiche Einsatzmöglichkeiten in zahlreichen Branchen. Der Maschinenbau nutzt es für Pumpenkomponenten und Dichtungen; In der Halbleiterverarbeitung wird es aufgrund seiner thermischen Stabilität und Festigkeit genutzt; Luft- und Raumfahrt, Aufgrund seiner Beständigkeit gegen Korrosion und aggressive Chemikalien wird es in der Automobil- und Energieindustrie als Motorteile eingesetzt; es hält sogar hohen Biegefestigkeiten für Zahnimplantate stand!