Karastatud tsirkooniumoksiid – Suurem tugevus tööstuslikuks tipptasemeks

Karastatud tsirkooniumoksiid (ZTA) on erakordne keraamika, mida iseloomustab kõrge sitkus ja purunemiskindlus tänu ütriumiga stabiliseeritud tsirkooniumoksiidi osakestele, mis on hajutatud läbi alumiiniumoksiidi maatriksi.

See materjal talub kiireid temperatuurimuutusi ilma pragunemise või purunemiseta, talub keemilist korrosiooni ja pakub suurepärast soojuslöögikindlust.

Suurepärane korrosioonikindlus

ZTA keraamika pakub ideaalset tasakaalu tugevuse ja väärtuse vahel, on tugevam kui alumiiniumoksiidi tooted, kuid odavam kui puhas tsirkooniumoksiid. Nende mehaanilised omadused – murdumise sitkus, paindetugevus ja kõvadus, samuti soojuslöögikindlus – muuta need sobivaks tööstuslike tööriistade (nt lõikekettad) valmistamiseks.

ZTA saavutab oma suurepärased omadused tänu ütriumoksiidiga stabiliseeritud tsirkooniumoksiidi lisamisele (YSZ) osakesed alumiiniumoksiidi maatriksis. Kui see on ühtlaselt hajutatud, YSZ aitab optimeerida mõlema elemendi kõvadust-murdetugevust ja tõmbetugevust, mille tulemuseks on erakordne kulumiskindlus, erakordse keraamilise materjali keemiline inertsus toatemperatuuril ja kuumakõvadus/rebimistugevus.

ZTA tooted’ mehaanilised omadused sõltuvad suuresti nende töötlemisviisidest pulbrite tootmiseks, sealhulgas kuumtöötlused, kaltsineerimismeetodid, kuivatamistehnikad ja paagutamisprotsessid, samuti kohandatud vormimine tootmise käigus lisatud lisanditega. Kõik need tegurid mõjutavad koheselt nende tugevust, elastsuse ja kõvaduse omadused.

Suurepärane termošokikindlus

ZTA keraamika pakub suurepärast soojuslöögikindlust, muutes need suurepäraseks valikuks kosmoseseadmete jaoks, mis nõuavad suurt tugevust, sitkus, ja keemiline inertsus. Alumiiniumoksiidi maatriksis ühtlaselt hajutades saab YSZ-i optimeerida. Üks selline transformatsiooniga karastatud tsirkoonium-alumiiniumoksiidkeraamika, mida me pakume, on BIOLOX delta, mida võib kasutada ortopeediliste kandekomponentide jaoks, nagu puusaproteesid..

Stressist põhjustatud transformatsioon YSZ metastabiilsest tetragonaalsest monokliiniliseks struktuuriks põhjustab ruumala suurenemist ja nihkepinget, mis takistab pragude levikut, suurendades murdumistugevust, parandades samal ajal paindetugevust. Sellise alumiiniumoksiidi-YSZ transformatsiooniga karastatud keraamika jõudlus sõltub nii töötlemistingimustest kui ka paagutamisprotsessis sisalduvate oksiidide stöhhiomeetriast.

Halvasti kontrollitud paagutamistingimused võivad põhjustada alumiiniumoksiidi-YSZ maatriksi madala paindetugevuse ja halva homogeensuse, potentsiaalselt õhu kinnijäämise või osakeste aglomeratsiooni tõttu. Lisades lisaaineid nagu ütrium või magneesiumoksiidid, võib alandada tetragonaalset monokliinseks transformatsiooni temperatuuri ja parandada tsirkooniumoksiidi paagutamisomadusi.

Suurepärane kulumiskindlus

ZTA ei paista silma mitte ainult soojuslöögikindluse ja korrosioonikindluse poolest, kuid on ka väga kulumiskindel tänu oma tetragonaal-monkliinilise faasi transformatsiooni ümbrismehhanismile. Lisaks, in vitro uuringud on näidanud, et ZTA komponendid on vähem altid hüdrotermilisele lagunemisele – midagi väga olulist puusaliigese asendamise reieluupea ja tassi keraamikas (nagu CeramTeci toodetud BIOLOX delta).

Alumiinium-tsirkooniumoksiidi komposiitmaterjalidest valmistatud ZTA komponentide simuleeritud kulumistestid on andnud muljetavaldavaid tulemusi kulumiskindluse osas, paindetugevus ja kõvadus. Puusa simulaatoris mitme tsükliga kokku puutunud ZTA proovid näitasid minimaalset lagunemist ja oluliselt väiksema pinnakaredusega kui monoliitsed tsirkooniumoksiidi komponendid.

ZTA komponendid on osutunud sobivaks nõudlikeks rakendusteks autotööstuses (kuum- ja külmvormimistööriistad, purkide sulgemise rullid ja vedrud); energiatööstus (laagrid, avade sisetükid ja keeriseotsijad); toiduainete töötlemine (pumba osade homogeniseerimine); ja energiatööstus. Nende mehaanilised omadused sõltuvad paljudest muutujatest: pulbrite valmistamiseks kasutatavad valmistusviisid; kaltsineerimisel kasutatavad kuivatamismeetodid; paagutamistehnikate käigus kasutusele võetud vormimistehnikad; kohandatud vormimine; lisatud lisandid ja osakeste suuruse jaotus muu hulgas.

Suurepärane tugevus

ZTA keraamika kasutab stressist põhjustatud transformatsiooni, et integreerida tsirkooniumoksiidi alumiiniumoksiidi maatriksisse, suurendades aja jooksul tugevust ja vastupidavust. See teeb ZTA-st suurepärase keraamilise lahenduse vastupidavust nõudvatele tööstuslikele rakendustele, kõrge korrosioonikindlus, termošokitaluvus ja termošokitaluvus.

Pinge all, tetragonaalsed metastabiilsed sademed kuupmeetrises alumiiniumoksiidis muutuvad järsult monokliinilisteks osakesteks, mis suurendavad selle murdumiskindlust, luues kokkusurutavad pinnakihid, mis kinnituvad selle maatriksis olevate pragude külge.

Transformatsioonikarastus on nähtus, mida tuntakse luumurdude karastamiseks, kusjuures alumiiniumoksiidi suurenenud purunemiskindlus põhjustab lühema prao pikkuse, vähem pragude nüristust, ja parem koostoime olemasolevate mikropragudega. See võimaldab kombineerida kõva- ja kõva-pehme laagrite kombinatsioone, mida kasutatakse kaasaegses meditsiinilises keraamikas, näiteks puusaproteesides.. Lisaks, Ütriumiga stabiliseeritud tsirkooniumoksiidist implantaadid, mida tuntakse y-TZP nime all, kaitsevad aja jooksul kulumise eest.