Täiustatud vastupidavus tööstuslikele rakendustele
Karastatud tsirkooniumoksiid (ZTA) keraamilised komponendid ühendavad alumiiniumoksiidi kõvaduse ja tugevuse tsirkooniumoksiidi suurepärase purunemiskindlusega, et tagada jõudlus ja pikaealisus tööstuslikes rakendustes.
Alumiiniumoksiidi maatriksisse põimitud peente tetragonaalsete tsirkooniumoksiidi osakeste stressist põhjustatud transformatsioon viib ZTA materjalideni, millel on suurepärane tugevus ja sitkus, sobib kasutamiseks erinevates karmides keskkondades.
Sitkus
ZTA materjalid ühendavad alumiiniumoksiidi kõvaduse tsirkooniumoksiidi sitkusega, et tagada võrratu kulumis- ja hõõrdumiskindlus. See efekt on võimalik tänu stressist põhjustatud transformatsiooni karmistamisele: kui stressis, tsirkooniumoksiidi osakesed lähevad üle oma metastabiilsest tetragonaalsest faasist stabiilseks monokliiniliseks vormiks; selle struktuurimuutuse põhjustatud mahu suurenemine aitab sulgeda kõik alumiiniumoksiidi maatriksis olevad praod ja suurendada märkimisväärselt tugevust.
ZTA sisaldab tsirkooniumoksiidi trombotsüüte, mis tuumastuvad paagutamise ajal alumiiniumoksiidi maatriksiks, parandades murdumistugevust ja tugevust, suurendades samal ajal purunemistugevust, luues materjali, millel on suurem paindetugevus kui Y-TZP ja kuni kaks korda suurem tsükliline väsimustugevus. See alumiiniumoksiidi sitkuse kombinatsioon koos tsirkooniumoksiidi tugevusega teeb ZTA-st suurepärase materjalivaliku tööstuslikes rakendustes, mis nõuavad kahjustuskindlust.
Vastupidavus
Karastatud tsirkooniumoksiid (ZTA) omab silmapaistvat painde- ja survetugevust, madala soojuspaisumisega, mis on samaväärne alumiiniumoksiidi omaga, ja silmapaistvate kulumiskindluse omadustega.
Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid saadakse tetragonaalsete tsirkooniumoksiidi terade lisamisega pingest põhjustatud muundamise teel kõvaks alumiiniumoksiidi maatriksiks, hõlmates need oma struktuuri, piirates samal ajal nende ümberkujundamist kohalike piirkondadega, selle asemel et levida kõikjale.
See mehhanism muudab alumiiniumoksiid-tsirkooniumoksiidkomposiidid palju vastupidavamaks kui monoliitsed tsirkooniumoksiidid, kuna need on vastupidavad kemisorptsiooni kaudu veeimavusele; monoliitne tsirkooniumoksiid võib absorbeerida polaarseid veemolekule, mis pärast pikaajalist kasutamist põhjustavad madala temperatuuri lagunemist ja lõpuks lagunemist.
ZTA, teiselt poolt, on spetsiaalselt konstrueeritud hõlbustama seda tetragonaalset monokliinseks transformatsiooni struktuursete omaduste ja keemiliste lisandite kaudu. CeramTec turustab näiteks Biolox Delta ZTA-d; see koostis sisaldab ütriumit ja strontsiumaluminaati, et hõlbustada selle tsirkooniumoksiidi faasis karastamismehhanisme ja seetõttu on sellel väiksem oht madalal temperatuuril laguneda, taludes samas kõrge temperatuuriga keskkonda.
Korrosioonikindlus
ZTA keraamika pakub alumiiniumoksiidiga võrreldes paremat korrosioonikindlust ja seetõttu saab seda kasutada seadmetes, mis on avatud karmile keskkonnale.. Lisaks, ZTA talub kõrgemaid temperatuure, pakkudes samal ajal suuremat keemilist stabiilsust.
Garvie et al (1975) näitas, et lisamine 10-20% stabiliseerimata tsirkooniumoksiid võib oluliselt suurendada tugevust võrreldes alumiiniumoksiidiga, transformatsiooni karmistamise kaudu. See protsess toimub siis, kui peendisperssed tetragonaalsed metastabiilsed sademed muutuvad pinge all monokliiniliseks tsirkooniumoksiidiks, põhjustades ruumala suurenemist, mis surub kokku praod ja aeglustab või peatab nende levimise..
See mehhanism sarnaneb deformatsioonist põhjustatud pingete omaga; siiski, faasimuutuste tekitamiseks peab pingeväli olema piisavalt suur; ZTA proovide pragude puhul tuleb see energia murdekohtade paindepingetest.
Kuumakindlus
Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiidil on erakordselt kõrge sulamistemperatuur ja korrosioonikindlus, muutes selle ideaalseks materjaliks seadmete jaoks, mis puutuvad sageli kokku kõrgete temperatuuridega. Lisaks, sellel variandil on suurem hõõrdekindlus kui tavalisel alumiiniumoksiidil, aidates vähendada suurema kineetilise energiaga kokkupuutuvate seadmete kulumist.
ZTA keraamika luuakse tetragonaalsete tsirkooniumoksiidi osakeste stressist põhjustatud muundamisel alumiiniumoksiidi maatriksiks, tekitades nende sees survepingeid, mis takistavad pragude levimist, suurendades nii tugevust kui ka sitkust, tagades samal ajal termilise šoki vastupidavuse ilma murdumise või pragudeta. Neil on suurepärane soojuslöögikindlus; talub kiireid temperatuurimuutusi ilma pinge all purunemise või pragunemiseta.
Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiidil on selle suure hulga omaduste tõttu palju kasutusviise paljudes tööstusharudes. Masinaehitus kasutab seda pumba komponentide ja tihendite jaoks; pooljuhtide töötlemisel kasutatakse seda termilise stabiilsuse ja tugevuse tõttu; kosmoselennundus, auto- ja elektritööstused kasutavad seda mootoriosadena, kuna see on vastupidav korrosioonile ja tugevatele kemikaalidele; see talub isegi hambaimplantaatide suurt paindetugevust!