Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid täiustatud rakendustele

ZTA on alumiiniumoksiidi ja tsirkooniumoksiidi komposiitmaterjal, mida eristab suurepärane tugevus ja sitkus. Toodetud alumiiniumoksiidi maatriksis peente tetragonaalsete tsirkooniumoksiidi osakeste stressist põhjustatud transformatsiooni teel.

Tsirkooniumoksiidi keraamika on tähelepanuväärsed tehnilised materjalid, uhke suurepärase kõvadusega, termiline stabiilsus, kulumiskindlus ja töökeskkonnad, kus paljud teised keraamikad ei toimi. Metalle ja plastmassi ei saa lihtsalt võrrelda. Lisaks, Tsirkooniumoksiidi keraamikal on ka tööriistade valmistamisel silmapaistev kõvadus.

Tugevus

ZTA paistab keraamiliste materjalide hulgast silma erakordse tugevuse ja sitkusega, kulumiskindlus, keemiline inertsus, madal hõõrdetegur, kõrge kõvaduse/jäikuse suhe ja suhteliselt madal soojuspaisumistegur võrreldes enamiku teistega – muutes selle ideaalseks materjaliks selliste rakenduste jaoks nagu lõiketööriistad. Lisaks, selle biosobivus muudab ZTA ka atraktiivseks materjalivalikuks.

ZTA on määratletud selle tetragonaalsete tsirkooniumoksiidi osakeste väga ühtlase jaotusega alumiiniumoksiidi maatriksis. See saavutatakse keerukate segamistehnikate abil, nagu kuuljahvatamine ja suure energiatarbega hõõrdumine jahvatamine; Pärast kokkusegamist saab pulbritest kuivpressimise teel moodustada ettenähtud komponendi, isostaatiline pressimine, survevalu või ekstrusioonitehnikad.

Alumiiniumoksiidi maatriksis hajutatud tsirkooniumoksiid parandab purunemiskindlust, neelates ja hajutades pragude energiat, tuntud kui transformatsioonikarastus. Tsirkooniumoksiid aitab kaasa ka kulumiskindlusele, tekitades survepingeid, mis takistavad pragude levimist – tuntud kui iseteritus – muutes ZTA suurepäraseks materjalivalikuks lihvketaste jaoks.

Sitkus

Karastatud tsirkooniumoksiid (ZTA) keraamikal on muljetavaldav tugevus ja purunemiskindlus, muutes need ideaalseks kasutamiseks mitmesugustes rakendustes ja keskkondades. See märkimisväärne vastupidavus tuleneb pingest põhjustatud faasimuutusest, ühtlaselt hajutatud tetragonaalsed tsirkooniumoksiidi osakesed, mis on hajutatud alumiiniumoksiidi maatriksis; pinge kutsub esile faasimuutuse, et tekitada tsirkoonium-alumiiniumoksiidist mikropragude võrgustikke, mis neelavad pragude levimise energiat tõhusalt edasi lükates nende levikut, suurendades samal ajal purunemiskindlust (Clausen 1976).

ZTA paistab silma silmapaistva soojuslöögikindluse poolest. Tänu ainulaadsele tetragonaal-monokliinilise faasi koostise kombinatsioonile, see keraamika talub kiireid temperatuurimuutusi ilma pragunemata või purunemata, samas kui pingest põhjustatud tsirkooniumoksiidi muundumine selle metastabiilseks tetragonaalseks vormiks tekitab survepingeid, mis takistavad pragude teket selle alumiiniumoksiidi maatriksis ja suurendavad oluliselt tugevust, suurendades seeläbi veelgi ZTA jõudlust.

ZTA-l pole mitte ainult tugevat, tetragonaal-monokliiniline struktuur ja kõrge purunemiskindlus, aga ka madal soojuspaisumistegur (CTE), muutes selle sobivaks rakendusteks, mis nõuavad äärmuslikke temperatuure või keskkondi, kus mõõtmete stabiilsus on ülioluline, nagu täppiskomponendid või elektroonikapaketid.

ZTA paistab meditsiiniliste implantaatide materjalide hulgas silma tänu oma keemilise vastupidavuse kombinatsioonile, mehaanilised omadused ja stressist tingitud korrosioonikindlus vees või kehavedelikes, muutes selle peamiseks kandidaadiks meditsiiniliste implantaatide jaoks, nagu ortopeedilised reieluupead ja atsetabulaarsed vooderdised. BioLOX Delta biomaterjal on üks selline näide; kasutatakse laialdaselt ortopeediliste operatsioonide ajal mõlema rakenduse puhul.

Korrosioonikindlus

ZTA-l on nii alumiiniumoksiidi kui ka tsirkooniumoksiidi suurepärased omadused, muutes selle väga vastupidavaks nii keemilisele rünnakule kui ka kulumisele, muudab selle ideaalseks rakenduste jaoks, mis hõlmavad korrosiooniohtlikke keskkondi või korduvat hõõrdumist või mehaanilist pinget.

Alumiiniumoksiidi kõvaduse ja tsirkooniumoksiidi sitkuse kombineerimine annab suurepärased triboloogilised omadused, mis tagavad suure koormuse ja pikaajalise kasutamisega komponentide suurepärase kulumiskindluse, nagu ortopeedilised implantaadid, lõikeriistad ja kulumiskindlad komponendid, mida kasutatakse vedeliku haldamisel (niidijuhikud, laagrid, düüsid jne). See kombinatsioon on eriti rakendatav meditsiinis ja tööstuses, näiteks ortopeedilistes implantaatides, lõiketööriistad või vedeliku juhtimine (keermejuhikud laagrid düüsid jne).

ZTA paremat murdumiskindlust võib seostada selle alumiiniumoksiidi maatriksis olevate peeneks jaotunud tsirkooniumoksiidi osakestega. Kui praod hakkavad levima, kui nende energia suureneb ja levib edasi, need tetragonaalsed tsirkooniumoksiidi terad läbivad faasimuutuse, et neelata ja hajutada osana transformatsiooni tugevdamise mehhanismist – parandades seega selle materjali purunemiskindlust.

Edu ZTA keraamika tootmisel seisneb kvaliteetsete tsirkooniumoksiidi ja alumiiniumoksiidi pulbrite kasutamises, mis ei sisalda lisandeid. Paagutamist tuleb kontrollida, et vältida spontaanset tetragonaalsest monokliiniliseks tsirkooniumoksiidi muundumist jahutamise ajal ja minimeerida metastabiilse monokliinilise faasi moodustumist, mis on vastuvõtlik veemolekulidega kemisorptsioonile, mis põhjustab pikaajalisel kasutamisel lagunemist madalal temperatuuril.; Saint-Gobain ZirPro ZTA keraamika paagutamisprotsess loodi spetsiaalselt selliste soovimatute nähtuste vältimiseks. Õnneks on Saint-Gobain ZirPro keraamika ZTA keraamika loodud spetsiaalselt selliste nähtuste vältimiseks –

Termiline stabiilsus

Karastatud tsirkooniumoksiid (ZTA) talub kiireid temperatuurimuutusi ilma pragunemise või purunemiseta, tänu alumiiniumoksiidi maatriksisse hajutatud tsirkooniumoksiidi osakestele, mis neelavad soojusenergiat ja tekitavad survepingeid, mis takistavad pragunemist ja purunemist. Kuna ZTA neelab soojusenergiat nii tõhusalt, see materjal on suurepärane valik rakenduste jaoks, mis nõuavad kõrget temperatuurikindlust.

Tsirkooniumoksiidi lisamine alumiiniumoksiidi maatriksile võib suurendada purunemiskindlust, parandades samal ajal mehaanilisi omadusi, nagu tugevus ja kulumiskindlus. Suurenenud murdumiskindlus ZTA-s on tingitud stressist põhjustatud transformatsioonist metastabiilsest tetragonaalsest faasist monokliiniliseks faasiks ümbritseva keskkonna temperatuuril; efekt, mida võimendavad väiksemad tsirkooniumoksiidi terade suurused kui alumiiniumoksiidil.

Stabilisaatoreid kasutatakse sageli tetragonaalse tsirkooniumoksiidi faasi säilitamiseks ZTA materjalides, nagu Biolox Delta; siiski, osakeste jaotuse ja purunemiskindluse osas on võimalik saavutada sarnaseid tulemusi ilma stabilisaatoriteta.

Alumiiniumoksiidi ja tsirkooniumoksiidi kombinatsioon loob täiustatud keraamika, mis paistab silma tugevuse poolest, murdumise sitkus, elastsus ja kõvadus – omadused, mis on olulised rakenduste jaoks, mis nõuavad konstruktsiooni jõudlust ja korrosioonikindlust. ZTA keraamika kipub ületama 99% alumiiniumoksiidi keraamika on kulutõhus, rahuldades samal ajal tõhusamalt konkreetseid rakendusvajadusi; nende suhet saab isegi spetsiaalselt kohandada.