آلومینا سخت شده زیرکونیا خواص مکانیکی برتر خود را در مقایسه با زیرکونیای یکپارچه ثابت کرده است., از جمله چقرمگی شکست و استحکام خمشی. پایداری ZTA ناشی از فاز ماتریس آن است که از تبدیل دانه های زیرکونیا چهارضلعی محافظت و محدود می کند., کمک به مقاومت در برابر تخریب در شرایط گرمابی درون تنی.
قدرت خمشی
با افزودن زیرکونیا به سرامیک آلومینا, آلومینا سخت شده زیرکونیا ایجاد می شود. این ماده دارای مقاومت خمشی عالی و دوام مکانیکی در شرایطی است که به آن نیاز دارد, و همچنین در برابر خوردگی شیمیایی و همچنین قرار گرفتن در معرض مایعات بدن مقاومت می کند.
آلومینا سخت شده زیرکونیا به دلیل پراکنده شدن ذرات زیرکونیایی در داخل یک ماتریس آلومینا که انرژی حرارتی را جذب می کند و برای جلوگیری از ترک خوردن تنش های فشاری ایجاد می کند، می تواند نوسانات سریع دما را تحمل کند., آن را برای استفاده در کاربردهای مختلف صنعتی مانند اجزای کوره و موتورهای توربین بخار مناسب می کند.
این سرامیک کامپوزیت کیفیت چشمگیر هر دو آلومینا و زیرکونیا را برای ارائه استحکام بیشتر و مقاومت در برابر شوک حرارتی ترکیب می کند., با سختی برتر, استحکام خمشی, چقرمگی شکست و مقاومت در برابر سایش که از آن فراتر می رود 99% آلومینا خالص از نظر سختی, چقرمگی و مقاومت در برابر سایش.
چقرمگی شکست
زیرکونیا چقرمگی شکست سرامیک آلومینا را از طریق سخت شدن تبدیل افزایش می دهد. هنگام ضربه زدن, زیرکونیای پایدار تثبیت شده با ایتریوم به ساختارهای کریستالی مونوکلینیک تبدیل می شود که تنش فشاری ایجاد می کند که از انتشار ترک جلوگیری می کند..
آلومینا سخت شده زیرکونیا یک ماده ایده آل برای ایجاد ابزارهای برش به دلیل سختی است, پایداری حرارتی و مقاومت در برابر اصطکاک. علاوه بر این, خواص مکانیکی برتر آن به طور قابل توجهی به دوام و قابلیت اطمینان آن کمک می کند.
ZTA تولید شده از طریق ژل کاست دارای ترکیبی استثنایی از استحکام خمشی است, چقرمگی شکست, زیست سازگاری و مقاومت در برابر حرارت/خوردگی که آن را برای جراحی تعویض مفصل ران مناسب می کند. از طریق فرآیندهای ریخته گری ژل، همچنین می توان پارامترهای سختی - چقرمگی شکست - مقاومت خمشی آن را با تغییر سطوح بارگذاری جامد دوغاب تنظیم کرد., ضخامت قالب یا پارامترهای دمای پخت برای به حداکثر رساندن نتایج.
منحنی های تنش-کرنش
مواد آلومینا سخت شده زیرکونیا دارای استحکام و مقاومت بالایی در برابر سایش است, و همچنین استحکام استثنایی برای تحمل بارهای سنگین بدون تغییر شکل تحت فشار. علاوه بر این, دارای مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی است که آن را قادر می سازد تا نوسانات ناگهانی دما را بدون آسیب دیدگی تحمل کند..
محتوای زیرکونیا بالاتر از یک حد معین، تخریب پیری را از طریق ریزترکهایی که در طی سرد شدن پس از تف جوشی ایجاد میشوند، افزایش میدهد که به عنوان مسیرهای ترجیحی برای نفوذ آب به مواد سرامیکی عمل میکنند., منجر به ایجاد ریزترکهایی در هنگام خنکسازی میشود که بهعنوان مسیرهای ترجیحی برای ورود و انتشار به داخل آن عمل میکنند. برعکس, زمانی که ذرات زیرکونیا زیر این آستانه هستند، تحت تبدیل ناشی از استرس از فاز تتراگونال به فاز مونوکلینیک قرار می گیرند که تخریب پیری را کاهش می دهد..
استحکام کششی
آلومینا سخت شده زیرکونیا یک ماده سخت و بادوام با مقاومت در برابر سایش عالی و خواص پایداری حرارتی است, آن را برای قطعاتی که نیاز به خنک کننده دارند مناسب می کند. علاوه بر این, سطوح پایدار از نظر حرارتی مانند این کنترل حرارتی و همچنین مقاومت اصطکاکی را فراهم می کند و آنها را به انتخاب مواد ایده آل تبدیل می کند.
تحت استرس, ZTA تحت یک تبدیل فاز از تتراگونال به مونوکلینیک قرار می گیرد که از انتشار ترک جلوگیری می کند و چقرمگی شکست را افزایش می دهد., اما برخی مطالعات نشان می دهد که افزایش زیرکونیای ناپایدار منجر به کاهش استحکام کششی می شود.
سرامیک های ZTA معمولا حاوی 10%-20% زیرکونیا, که اجازه می دهد آن را به طور خاص برای هر برنامه تنظیم شود. ZTA زیست سازگار است, مقاوم در برابر دما, مقاوم در برابر خوردگی, به اندازه کافی سخت برای تحمل فشار, جایگزین مقرون به صرفه برای سرامیک های زیرکونیا خالص و می تواند در دمای بالا بدون تخریب مقاومت کند. سازندگان آب بند دریچه معمولاً آن را به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت نگه داشتن فشار آن انتخاب می کنند. – همه کیفیت ها برای کاربردهای آب بندی دریچه ایده آل هستند.
قدرت ضربه
آلومینا سخت شده زیرکونیا در برابر خوردگی بسیار مقاوم است و دارای استحکام مکانیکی استثنایی است., آنها را برای کاربردهایی که به سختی و چقرمگی به طور همزمان نیاز دارند مناسب می کند. علاوه بر این, ZTA نسبت به سرامیک های زیرکونیا خالص در هزینه ها صرفه جویی می کند.
ترکیب آلومینا و زیرکونیا یک سرامیک با مقاومت خمشی بالاتر ایجاد می کند, چقرمگی شکست, و مقاومت در برابر سایش نسبت به آلومینا خالص. این می تواند بارها و ضربه های بالاتر را تحمل کند و اغلب به عنوان ارتقاء نسبت به آلومینا استاندارد در طرح هایی که به ویژگی های اضافی نیاز دارند استفاده می شود..
سخت شدن دگرگونی این افزایش استحکام را نشان می دهد; تحت شرایط استرس, ذرات زیرکونیا از شکل چهار ضلعی خود به تک کلینیک تغییر کرده و منبسط می شوند, فشرده سازی ترک ها در یک ماتریس آلومینا و در نتیجه منجر به استحکام خمشی بالاتر از YSZ می شود. (شکل 6c و d).
مقاومت در برابر خوردگی
ترکیب سرامیک ZTA از آلومینا و زیرکونیا مقاومت در برابر خوردگی بالاتری نسبت به خالص دارد 99% مواد آلومینا به تنهایی, و سختی بالاتری دارد, چقرمگی شکست, استحکام خمشی, و خواص سختی نسبت به رقبای خود.
ZTA دارای مقاومت فوق العاده در برابر سایش و سایش و سازگاری شیمیایی است, آن را برای کاربردهای صنعتی که به دوام مکانیکی بالا نیاز دارند ایده آل می کند. علاوه بر این, ترکیبی از مواد دارای مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی است که امکان تغییرات سریع دما را بدون ترک یا شکستگی فراهم می کند.
ذرات زیرکونیا اضافه شده به ماتریس آلومینا چقرمگی شکست آن را از طریق سخت شدن تبدیل افزایش می دهد., یک اثر ناشی از فشار ذرات زیرکونیا که در معرض تنش فشاری از ساختارهای کریستالی چهار ضلعی به مونوکلینیک تغییر می کنند., ایجاد تنش های فشاری که مانع از انتشار ترک و افزایش قابل توجه چقرمگی شکست آن می شود..
مقاومت در برابر شوک حرارتی
آلومینا سخت شده زیرکونیا یک سرامیک پیشرفته است که ترکیبی از آلومینا و زیرکونیا است.. برای ایجاد ZTA, زیرکونیا برای استحکام بیشتر و مقاومت در برابر شوک حرارتی نسبت به سرامیکهای آلومینا سنتی، قبل از پخت به ماتریس آلومینا اصلی وارد میشود.; علاوه بر این از سختی بالاتری برخوردار است, استحکام خمشی, و چگالی نسبت به همتای خود.
مکانیسم سفت شدن ZTA شامل تبدیل فاز ناشی از استرس از ساختارهای کریستالی ذرات زیرکونیای چهارضلعی به تک کلینیک است., افزایش چقرمگی شکست در حالی که از ضربه حرارتی و سایش مکانیکی محافظت می کند. آلومینا سخت شده زیرکونیا بسیار زیست سازگار است و به سرعت خورده نمی شود, و آن را برای آب بندی دریچه ها ایده آل می کند. علاوه بر این, استحکام خمشی بالای آن به آن اجازه می دهد تا فشار بدن را به طور موثر تحمل کند.