Karastatud tsirkooniumoksiid
Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid (ZTA) on täiustatud keraamiline materjal, mida kasutatakse laialdaselt klapitihendites, puksid, pumba komponendid ja lõiketööriistad selle tugevuse ja keemilise stabiilsuse tõttu – mida tõendab selle võime taluda suuri koormusi ilma olulise halvenemiseta.
ZTA-l on muljetavaldav soojuslöögikindlus ja see talub äkilisi temperatuurimuutusi, samuti kiired temperatuurikõikumised. Selle mehaaniliste omaduste kohta lisateabe saamiseks lugege edasi!
Kõvadus
Alumiiniumoksiidi maatriksile lisatud tsirkoonium suurendab selle kõvadust, purunemiskindlus ja paindetugevus, suurendades samal ajal vastupidavust kulumisele ja erosioonile. Tavaliselt on mehhanismiks faasimuutus, millele järgneb mikropragude moodustumine, kuid see võib vajaduse korral hõlmata ka stressiteooriateooriaid.
Metasstabiilsed tetragonaalsed tsirkooniumoksiidi sademed, mis moodustavad alumiiniumoksiidi maatriksis peene dispersiooni, võivad muutuda spontaanselt monokliinilisteks vormideks, kui nende piirangud pragude levimise ajal kaotatakse, energia pakkumine pingeväljade vastu, mis soodustab pragude levikut.
ZTA keraamikal on teiste oksiidipõhiste tehniliste keraamikatega võrreldes parem purunemiskindlus ja kõvadus, samuti kaks korda suurem tsükliline väsimustugevus kui Y-TZP. Sellisena, selle omadused muudavad selle sobivaks rakendusteks, mis nõuavad äärmist kulumiskindlust, keemiline inertsus ja madal hõõrdumine, samuti suur tugevus ja jäikus.
Paindetugevus
ZTA keraamikat saab valmistada ütriumiga stabiliseeritud tsirkooniumoksiidi suhet muutes (Y-TZP) alumiiniumoksiidi maatriksis, kasutades kuumisostaatilist pressimist, kõvaduse-murdetugevuse-paindetugevuse kombinatsioonide optimeerimiseks, mille tulemuseks on võrratu tsükliline väsimuskindlus, mis ületab kõige arenenuma tehnilise keraamika.
Metassistentne Y-TZP alumiiniumoksiidi maatriksis põhjustab tetragonaal-monokliinilise transformatsioonifaasi aglomeraatide moodustumist, mis suurendavad faasimuutuse jäigastamise kaudu purunemiskindlust (Clausen 1976). Eelistatult pragude ületamine, need üleminekuaglomeraadid suruvad kokku prao esiosa ees oleva tsooni ja vähendavad selle progresseerumist, lõpuks suurendades luumurdude tugevust.
See materjali struktuur on viinud alumiiniumoksiidi ja tsirkooniumoksiidi komposiitide loomiseni, nagu BIOLOX Delta, kasutatakse laialdaselt puusaliigese proteeside ja muude kandvate ortopeediliste komponentide jaoks. Sellel keraamilisel biomaterjalil on suurepärane kulumiskindlus, keemiline inertsus toatemperatuuril, termilise šoki vastupidavus ja suurepärane keemiline inertsus kõigil temperatuuridel.
Korrosioonikindlus
Keemiliselt inertne ja vastupidav kõrgetele temperatuuridele ja kulumisele, see tagab suurepärase jõudluse võrreldes 99 alumiiniumoksiidi keraamika ja on ka kuluefektiivsem.
Tsirkooniumoksiidil on ka muljetavaldav tõmbetugevus, painde- ja elastsusomadused ning biosobivus – muudab selle ideaalseks meditsiiniliseks kasutamiseks, näiteks puusaliigese asendamiseks. Tänu transformatsioonikarastamisele stressitingimustes, tsirkooniumoksiidi osakesed muutuvad metastabiilsest tetragonaalsest vormist monokliiniliseks vormiks, aidates tõhusamalt sulgeda pragusid, suurendades samal ajal purunemiskindlust.
CeramTec (Biolox Delta) turustab alumiiniumoksiid-tsirkooniumoksiidkomposiiti, kus stabiliseerimata tsirkooniumoksiid jääb tetragonaalsesse faasi, et juhtida seda transformatsiooni ja tagada pragude otsa nüristamine ja pragude kõrvalekalle, alumiiniumoksiidi maatriksi sitkuse parandamine. Materjali tsirkooniumisisaldust saab muuta pulbri valmistamise ja tihendamise meetodite abil.
Soojusšoki vastupidavus
Primaarsele alumiiniumoksiidi maatriksile paagutamise ajal lisatud tsirkoonium võib oluliselt suurendada selle tugevust ja sitkust, luues nn ZTA (Karastatud tsirkooniumoksiid), edestades tavalist alumiiniumoksiidi keraamikat nii mehaanilistes kui ka kulumisrakendustes.
Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid on tuntud oma erakordsete omaduste poolest, nagu kõrge kuumkaredus ja löögitugevus, keemiline inertsus toatemperatuuril, madal soojuspaisumiskiirus ja suurepärane soojuslöögikindlus – ideaalsed omadused nii komponentide freesimiseks kui ka jahutusmehhanisme vajavate kuluvate osade jaoks.
CeramTec turustab ZTA-d nimega Biolox delta, millel on hajutatud Y-TZP osakestega alumiiniumoksiidi maatriks (17 kaal/massi%) ja strontsiumaluminaat trombotsüüdid (0.5 kaal/massi%), pakkudes tõhusat kombinatsiooni tetragonaalsest monokliinseks faasi muundamismehhanismidest ja pragude läbipaindemehhanismidest, et tagada parem sitkus, mis muudab selle ideaalseks esmaste THA protseduuride jaoks reieluu kandepindadel.
Elektriisolatsioon
Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid talub termilist šokki ilma äkiliste temperatuurimuutuste korral pragunemata või purunemata, tänu maatriksis hajutatud alumiiniumoksiidi osakestele, mis neelavad soojusenergiat ja tekitavad survepingeid, mis väldivad purunemisi.
Alumiiniumoksiid-tsirkooniumoksiidkeraamika on tihedam kui selle puhas tsirkooniumoksiidi vaste, muutes selle ideaalseks elektriisolatsioonirakenduste jaoks. Lisaks, selle väiksem soojuspaisumine kui tsirkooniumoksiidil muudab selle sobivaks osade jaoks, mis vajavad jahutamist.
Alumiiniumoksiid-tsirkooniumoksiidkomposiitide transformatsioonikarastamine pakub täiendavaid eeliseid; siin, tsirkooniumoksiidi terad alumiiniumoksiidi maatriksis läbivad metastabiilse faasi, kus nende terad muunduvad tetragonaalsetest struktuuridest monokliinilisteks struktuurideks, vähendades seega pingest põhjustatud pragunemist, suurendades vastupidavust hõõrdumisele ja löökidele. Alumiiniumoksiidiga karastatud tsirkooniumoksiid tekib tavaliselt tsirkooniumi sisaldava pürofoorse reaktsiooni kaudu(IV) oksiidoktahüdraat, Alumiiniumnitraat-nanohüdraat trietüülamiin ja HNO3(Lämmastikhape); osakeste suuruse suurendamine soodustab veelgi metastabiilsete tsirkooniumoksiidi terade hajumist.