Απαράμιλλη ανθεκτικότητα με σκληρυμένη αλουμίνα ζιρκονίας (ZTA) Κεραμικά

Αλουμίνα με σκληρυνόμενη ζιρκονία (ZTA) Τα κεραμικά διαθέτουν απαράμιλλη σκληρότητα. Διαθέτουν εξαιρετική αντοχή στη φθορά, χημική αδράνεια και χαμηλή τριβή για αβίαστη απόδοση σε καθημερινές εργασίες – για να μην αναφέρουμε υψηλότερη σκληρότητα και ακαμψία από τα μέταλλα.

Το ZTA περιλαμβάνει μετασταθερά τετραγωνικά πολυκρυσταλλικά συσσωματώματα ζιρκονίας σε μια μήτρα αλουμίνας που υφίστανται μετασχηματισμό φάσης που προκαλείται από το στρες σε μονοκλινική μορφή υπό πίεση, διασκορπίζοντας έτσι την παραμόρφωση διάτμησης και σταματώντας τη διάδοση των ρωγμών, κοινώς γνωστή ως σκλήρυνση μετασχηματισμού.

Ανθεκτικό στη διάβρωση

Το ZTA προσφέρει ανώτερη χημική αντοχή σε σύγκριση με την καθαρή αλουμίνα και μπορεί να αντέξει σε ακραίες θερμοκρασίες χωρίς υποβάθμιση, καθιστώντας το την ιδανική επιλογή υλικού για βιομηχανικές εφαρμογές σε σκληρά περιβάλλοντα και συνθήκες.

Η σκληρότητα του ZTA ενισχύεται από σωματίδια ζιρκονίας που διασκορπίζουν και απορροφούν ενέργεια, βοηθώντας στην αποφυγή ρωγμών. Όταν εμποτιστεί με οξείδιο του υττρίου, η ζιρκονία αλλάζει από μετασταθερή τετραγωνική φάση σε μονοκλινική κατά τη διάρκεια της καταπόνησης για να δημιουργήσει πιεστικές τάσεις που αυξάνουν την αντοχή στη θραύση.

Τα κεραμικά με βάση το ζιρκόνιο όπως το ZTA περιέχουν σωματίδια αλουμίνας για να αντιστέκονται σε θερμικό σοκ. Αυτό του επιτρέπει να αντέχει σε γρήγορες αλλαγές θερμοκρασίας χωρίς ρωγμές ή αστοχίες σε εφαρμογές υψηλής απόδοσης όπως λείανση και κοπή; Η χαμηλή γραμμική και στρεπτική διαστολή του παρέχει εξαιρετικές φέρουσες ικανότητες και δυνατότητες απόδοσης. Η ZTA καυχιέται 2-3 φορές μεγαλύτερη αντοχή σε εφελκυσμό σε σύγκριση με την καθαρή αλουμίνα ενώ έχει χαμηλούς συντελεστές γραμμικής/στρεπτικής διαστολής για εξαιρετικές φέρουσες ικανότητες και δυνατότητες απόδοσης.

Υψηλή ακαμψία

Το ZTA συνδυάζει την αντοχή και την ανθεκτικότητα της αλουμίνας με τη σκλήρυνση ζιρκονίας για ένα εξαιρετικό υλικό για απαιτητικές εφαρμογές. Αυτός ο συνδυασμός προσφέρει απαράμιλλη δύναμη, αντοχή σε θραύση, ιδιότητες ελαστικότητας και σκληρότητας σε μία συσκευασία.

Ο Claussen ανακαλύφθηκε στο 1976 ότι η προσθήκη μη σταθεροποιημένης ζιρκονίας στην αλουμίνα αυξάνει σημαντικά την αντοχή της στη θραύση, λόγω του τετραγωνικού-μονοκλινικού μετασχηματισμού των διεσπαρμένων λεπτών τετραγωνικών ιζημάτων που είναι διεσπαρμένα εντός της μήτρας του. Τέτοια μετασταθερά ιζήματα δεν μπορούν να αλλάξουν μέχρι να απελευθερωθούν από ένα πλησιέστερο μέτωπο ρωγμής ή άλλη πηγή ανακούφισης από τον περιορισμό τους, όπως με το λιώσιμο.

Ζιρκονία 10mol% σταθεροποιημένης με ύττρια θερμής συμπίεσης (10ΥΣΖ), ενισχυμένο είτε με σωματίδια είτε με αιμοπετάλια που περιέχουν από 0 έως 30 wt% περιεκτικότητα σε αλουμίνα υποβλήθηκαν σε αυστηρή αντοχή, δοκιμές αντοχής σε θραύση και αργής ανάπτυξης ρωγμών στους 1000C στον αέρα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μέγιστη αντοχή σε κάμψη και αντοχή σε θραύση για τα σύνθετα αιμοπεταλίων επιτεύχθηκε με αυτήν την περιεκτικότητα σύνθεσης.

Υψηλή εφελκυστική αντοχή

Τα κεραμικά ζιρκονίας προσφέρουν έναν εξαιρετικό συνδυασμό αντοχής, ελαστικότητα, και ευελιξία που ξεπερνά κατά πολύ τα παραδοσιακά τεχνικά κεραμικά. Τα σκευάσματα Zirconia όπως το ZTA παρέχουν λύσεις για τις πιο δύσκολες εφαρμογές του σήμερα, που κυμαίνονται από εξαρτήματα αεροδιαστημικής που αντέχουν σε σκληρά περιβάλλοντα έως βιοϊατρικά εμφυτεύματα επόμενης γενιάς σχεδιασμένα για μακροζωία – παρέχοντας αξιόπιστες λύσεις για τις πιο πιεστικές ανάγκες του σήμερα.

Το ZTA ξεχωρίζει μεταξύ άλλων υλικών λόγω της ανώτερης αντοχής του στην κάμψη, αντοχή στη θραύση και αντοχή στη διάδοση ρωγμών λόγω της μετασταθερής τετραγωνικής φάσης του. Αυτή η μετατροπή σε μονοκλινική ζιρκονία σε χαμηλή θερμοκρασία συμπιέζει τη ζώνη μπροστά από ένα μέτωπο ρωγμής για να σταματήσει την περαιτέρω ανάπτυξη.

Υτρία Μερικώς Σταθεροποιημένη Ζιρκονία (Υ-ΤΖΠ) και μερικώς σταθεροποιημένη ζιρκονία με Cerium (Τι-ΤΖΠ) παρουσιάζουν εξαιρετικά χαρακτηριστικά σκληρότητας παρόμοια με το ZTA λόγω της διατήρησης της τετραγωνικής φάσης διατηρώντας το ύττρια ή το δημήτριο σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, που επιτρέπει τη μετατροπή σε ένα πιο διαχειρίσιμο εύρος θερμοκρασίας και παρουσιάζει λιγότερες επιφανειακές ζημιές κατά τη διάρκεια δοκιμών κυκλικής φόρτισης από τις αντίστοιχες αλουμίνας.

Χαμηλή τριβή

Το Zirconia είναι ένα από τα πιο σκληρά κεραμικά μηχανικής που υπάρχουν και οι ιδιότητες χαμηλής τριβής του συμβάλλουν στην αύξηση της αντοχής στη φθορά, ενώ μειώνουν τις απαιτήσεις λίπανσης.

Τα κεραμικά ZTA περιέχουν αλουμίνα για μέγιστη ανθεκτικότητα. Αυτό επιτρέπει στα σταθεροποιημένα με ύττρια τετραγωνικά σωματίδια ζιρκονίας σε μια μήτρα αλουμίνας να παραμένουν αναλλοίωτα, παραμένοντας κρυσταλλωμένο χάρη σε ένα συνυφασμένο δίκτυο κόκκων.

Οι ελεγχόμενες συνθήκες σύνθεσης και επεξεργασίας διασφαλίζουν ότι δεν συμβαίνει αυθόρμητος μετασχηματισμός τετραγωνικού σε μονοκλινικό κατά την ψύξη από τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης, συμβάλλοντας στην ικανότητα πολλαπλών χτυπημάτων στις δοκιμές αντοχής σε θραύση. Επί πλέον, υψηλή ομοιογένεια σε σύνθετα υλικά αλουμίνας-ζιρκόνιου με μικρά μεγέθη κόκκων έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη ενέργεια ρωγμής που με τη σειρά του μεταφράζεται σε μικρότερα μήκη ρωγμών κατά τη διάρκεια δοκιμών εσοχής διαμαντιού.

Υψηλή θερμική διαστολή

Η δεσμευτική δύναμη της μήτρας αλουμίνας της επιτρέπει να αποτρέπει τη μετάβαση των τετραγωνικών σωματιδίων ζιρκονίας σε μονοκλινική ζιρκονία κατά την ψύξη, κάνοντας έτσι 10 τυφλοπόντικας % Σταθεροποιημένα με ύττρια σύνθετα υλικά ζιρκονίας-αλουμίνας σταθερά και χωρίς ρωγμές.

Η προσθήκη δημητρίου στο ζιρκόνιο επιτρέπει τη μερική του σταθεροποίηση (Τι-ΤΖΠ). Το Ce-TZP διατηρεί την τετραγωνική του φάση σε θερμοκρασία δωματίου και αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητα, αντοχή σε θραύση και αντοχή σε κάμψη σε σύγκριση με τα παραδοσιακά οδοντιατρικά κεραμικά υλικά.

Σύνθετα υλικά από σκληρυνόμενη αλουμίνα με ζιρκονία που ενσωματώνουν Ce-TZP, ζιρκόνιο σταθεροποιημένο με ύττρια (Υ-ΤΖΠ), ή ζιρκόνιο σταθεροποιημένο με μαγνησία (Mg-PSZ) παρουσιάζουν εξαιρετική σκληρότητα που ξεπερνά αυτή τόσο της αλουμίνας όσο και της μονολιθικής ζιρκονίας, καθιστώντας το ZTA τον τέλειο υποψήφιο για απαιτητικές εφαρμογές όπως τα ιατρικά εμφυτεύματα, εξαρτήματα αεροδιαστημικής και βιομηχανικά μηχανήματα. Το ZTA διαθέτει επίσης πολλές ιδιότητες χημικής αντοχής που το προστατεύουν από τα οξέα, διαλύματα αλατιού, λιωμένα άλατα αλκάλια καθώς και υψηλές θερμοκρασίες.