Προηγμένη ανθεκτικότητα για βιομηχανικές εφαρμογές

Αλουμίνα με σκληρυνόμενη ζιρκονία (ZTA) Τα κεραμικά εξαρτήματα συνδυάζουν τη σκληρότητα και την αντοχή της αλουμίνας με την ανώτερη ανθεκτικότητα στη θραύση της ζιρκονίας για απόδοση και μακροζωία για βιομηχανικές εφαρμογές.

Ο μετασχηματισμός που προκαλείται από το στρες των λεπτών τετραγωνικών σωματιδίων ζιρκονίας που είναι ενσωματωμένες σε μια μήτρα αλουμίνας οδηγεί σε υλικά ZTA με ανώτερη αντοχή και σκληρότητα, κατάλληλο για χρήση σε διάφορα σκληρά περιβάλλοντα.

Σκληρότητα

Τα υλικά ZTA συνδυάζουν τη σκληρότητα της αλουμίνας με τη σκληρότητα της ζιρκονίας για απαράμιλλη αντοχή στη φθορά και την τριβή. Αυτό το αποτέλεσμα καθίσταται δυνατό μέσω της σκληρύνσεως του μετασχηματισμού που προκαλείται από το στρες: όταν στρεσάρεται, Τα σωματίδια ζιρκονίας μεταβαίνουν από τη μετασταθερή τετραγωνική τους φάση σε σταθερή μονοκλινική μορφή; Η επέκταση του όγκου που προκαλείται από αυτή τη δομική αλλαγή βοηθά στο κλείσιμο τυχόν ρωγμών μέσα σε μια μήτρα αλουμίνας και στην αύξηση της σκληρότητας σημαντικά.

Το ZTA περιέχει αιμοπετάλια ζιρκονίας που σχηματίζουν πυρήνες σε μια μήτρα αλουμίνας κατά τη σύντηξη, βελτίωση της αντοχής και της αντοχής στη θραύση ενώ αυξάνει την αντοχή στη θραύση, δημιουργώντας ένα υλικό με μεγαλύτερη αντοχή σε κάμψη από το Y-TZP και έως και διπλάσια αντοχή σε κυκλική κόπωση. Αυτός ο συνδυασμός σκληρότητας από αλουμίνα σε συνδυασμό με αντοχή ζιρκονίας καθιστά το ZTA μια εξαιρετική επιλογή υλικού για βιομηχανικές εφαρμογές που απαιτούν αντοχή στη φθορά.

Αντοχή

Αλουμίνα με σκληρυνόμενη ζιρκονία (ZTA) διαθέτει εξαιρετικές αντοχές σε κάμψη και θλίψη, με χαμηλή θερμική διαστολή ισοδύναμη με αυτή της αλουμίνας και εξαιρετικές ιδιότητες αντοχής στη φθορά.

Η σκληρυμένη αλουμίνα με ζιρκόνιο δημιουργείται με την προσθήκη τετραγωνικών κόκκων ζιρκονίας μέσω μετασχηματισμού που προκαλείται από τάσεις σε μια μήτρα σκληρής αλουμίνας, εγκλωβίζοντάς τα στη δομή του, περιορίζοντας παράλληλα τη μεταμόρφωσή τους σε τοπικές περιοχές αντί να εξαπλωθούν σε όλη την έκταση.

Αυτός ο μηχανισμός καθιστά τα σύνθετα αλουμίνας-ζιρκόνιου πολύ πιο ανθεκτικά από τα μονολιθικά ζιρκονία λόγω της αντοχής τους στην απορρόφηση νερού μέσω χημειορόφησης; Η μονολιθική ζιρκονία μπορεί να απορροφήσει πολικά μόρια νερού που οδηγούν σε υποβάθμιση χαμηλής θερμοκρασίας και τελικά διάσπαση μετά από μακροχρόνια χρήση.

ZTA, από την άλλη, έχει σχεδιαστεί ειδικά για να διευκολύνει αυτόν τον μετασχηματισμό από τετραγωνικό σε μονοκλινικό μέσω δομικών χαρακτηριστικών και χημικών πρόσθετων. Η CeramTec εμπορεύεται το Biolox Delta ZTA ως παράδειγμα; αυτό το σκεύασμα περιέχει ύττρια και αργιλικό στρόντιο για τη διευκόλυνση των μηχανισμών σκλήρυνσης εντός της φάσης ζιρκονίου και κατά συνέπεια έχει μικρότερο κίνδυνο υποβάθμισης σε χαμηλή θερμοκρασία ενώ αντέχει σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας.

Αντοχή στη διάβρωση

Τα κεραμικά ZTA προσφέρουν ανώτερη αντοχή στη διάβρωση σε σχέση με τα αντίστοιχα αλουμίνας και επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εξοπλισμό που υπόκειται σε σκληρά περιβάλλοντα. Επί πλέον, Το ZTA μπορεί να αντέξει υψηλότερες θερμοκρασίες ενώ προσφέρει μεγαλύτερη χημική σταθερότητα.

Οι Garvie et al (1975) απέδειξε ότι προσθέτοντας 10-20% Η μη σταθεροποιημένη ζιρκονία μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την σκληρότητα σε σύγκριση με την αλουμίνα, μέσω της σκληρύνσεως του μετασχηματισμού. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει όταν τα λεπτά διασκορπισμένα τετραγωνικά μετασταθερά ιζήματα μετατρέπονται σε μονοκλινική ζιρκονία υπό πίεση προκαλώντας διαστολή όγκου που συμπιέζει τις ρωγμές και επιβραδύνει ή σταματά τη διάδοσή τους.

Αυτός ο μηχανισμός μοιάζει με αυτόν των τάσεων που προκαλούνται από παραμόρφωση; ωστόσο, για να προκληθούν αλλαγές φάσης το πεδίο τάσης πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο; για ρωγμές σε δείγματα ZTA αυτή η ενέργεια προέρχεται από τάσεις κάμψης στα σημεία θραύσης.

Αντοχή στη θερμότητα

Το Zirconia Toughened Alumina διαθέτει εξαιρετικά υψηλό σημείο τήξης και αντοχή στη διάβρωση, καθιστώντας το το ιδανικό υλικό για εξοπλισμό που εκτίθεται συχνά σε υψηλές θερμοκρασίες. Επί πλέον, αυτή η παραλλαγή έχει μεγαλύτερη αντοχή στην τριβή από την τυπική αλουμίνα, συμβάλλοντας στη μείωση της φθοράς σε εξοπλισμό που εκτίθεται σε υψηλότερα επίπεδα κινητικής ενέργειας.

Τα κεραμικά ZTA δημιουργούνται μέσω μετασχηματισμού τετραγωνικών σωματιδίων ζιρκονίας που προκαλούνται από την πίεση σε μήτρα αλουμίνας, δημιουργώντας θλιπτικές τάσεις μέσα τους που εμποδίζουν τη διάδοση των ρωγμών, αυξάνοντας τόσο τη δύναμη όσο και τη σκληρότητα ενώ παρέχει αντίσταση σε θερμικό σοκ χωρίς θραύση ή ρωγμές. Διαθέτουν εξαιρετική αντοχή στο θερμικό σοκ; αντιστέκεται σε γρήγορες αλλαγές θερμοκρασίας χωρίς θραύση ή ρωγμές υπό πίεση.

Η σκληρυνόμενη με ζιρκόνιο αλουμίνα έχει πολλές χρήσεις σε πολλές βιομηχανίες λόγω του τεράστιου συνόλου των ιδιοτήτων της. Η μηχανολογία το χρησιμοποιεί για εξαρτήματα αντλιών και στεγανοποιήσεις; Η επεξεργασία ημιαγωγών το χρησιμοποιεί λόγω της θερμικής σταθερότητας και αντοχής του; αεροδιαστημική, οι βιομηχανίες αυτοκινήτων και ηλεκτρικής ενέργειας το χρησιμοποιούν ως ανταλλακτικά κινητήρα λόγω της αντοχής του στη διάβρωση και στις σκληρές χημικές ουσίες; Μπορεί να αντέξει ακόμη και υψηλές αντοχές σε κάμψη για οδοντικά εμφυτεύματα!