آلومینا سخت شده زیرکونیا برای کاربردهای پیشرفته

ZTA یک ماده کامپوزیت آلومینا-زیرکونیا است, با قدرت و استحکام برتر متمایز می شود. تولید شده از طریق تبدیل ذرات زیرکونیا چهارضلعی ریز در یک ماتریس آلومینا ناشی از استرس.

سرامیک های زیرکونیا مواد فنی قابل توجهی هستند, دارای سختی عالی, پایداری حرارتی, مقاومت در برابر سایش و محیط های عملیاتی که در آن بسیاری از سرامیک های دیگر نمی توانند کار کنند. فلزات و پلاستیک ها به سادگی قابل مقایسه نیستند. علاوه بر این, سرامیک های زیرکونیا نیز سختی فوق العاده ای را برای ساخت ابزار نشان می دهند.

قدرت

ZTA در بین مواد سرامیکی با استحکام و چقرمگی استثنایی خود متمایز است, مقاومت در برابر سایش, بی اثری شیمیایی, ضریب اصطکاک کم, نسبت سختی/سفتی بالا و ضریب انبساط حرارتی نسبتاً پایین در مقایسه با اکثر موارد دیگر – آن را به یک ماده ایده آل برای کاربردهایی مانند ابزارهای برش تبدیل می کند. علاوه بر این, زیست سازگاری آن نیز ZTA را به یک انتخاب ماده جذاب تبدیل می کند.

ZTA با توزیع بسیار یکنواخت ذرات زیرکونیا چهارضلعی آن در یک ماتریس آلومینا تعریف می شود.. این کار با استفاده از تکنیک های پیچیده اختلاط مانند آسیاب گلوله ای و فرز سایشی با انرژی بالا انجام می شود.; هنگامی که پودرها با هم مخلوط می شوند، می توانند با پرس خشک به جزء مورد نظر خود تبدیل شوند, پرس ایزواستاتیک, روش های قالب گیری تزریقی یا اکستروژن.

زیرکونیای پراکنده در سراسر یک ماتریس آلومینا، چقرمگی شکست را با جذب و اتلاف انرژی ترک بهبود می بخشد., به عنوان سخت‌کننده تبدیل شناخته می‌شود. زیرکونیا همچنین با ایجاد تنش های فشاری که از انتشار ترک جلوگیری می کند به مقاومت در برابر سایش کمک می کند – به عنوان خود تیز شونده شناخته می شود – ZTA را به یک ماده عالی برای چرخ های سنگ زنی تبدیل می کند.

سختی

آلومینا سخت شده زیرکونیا (ZTA) سرامیک ها دارای استحکام چشمگیر و چقرمگی شکست هستند, آنها را برای استفاده در طیف وسیعی از برنامه ها و محیط ها عالی می کند. این انعطاف پذیری قابل توجه از تبدیل فاز ریز ناشی از استرس ناشی می شود, ذرات زیرکونیایی چهارضلعی پراکنده یکنواخت در یک ماتریس آلومینا پراکنده شده اند; استرس باعث ایجاد تبدیل فاز برای تولید شبکه‌های ریزترک از زیرکونیا-آلومینا می‌شود که انرژی انتشار ترک را جذب می‌کند و گسترش آن‌ها را به تأخیر می‌اندازد و در عین حال مقاومت در برابر شکست را افزایش می‌دهد. (کلاوزن 1976).

ZTA به دلیل مقاومت فوق العاده اش در برابر شوک حرارتی متمایز است. به لطف ترکیب منحصر به فرد آن از ترکیب فاز تتراگونال-مونوکلینیک, این سرامیک می تواند تغییرات سریع دما را بدون ترک خوردن یا شکستن تحمل کند, در حالی که تبدیل زیرکونیا ناشی از تنش به شکل چهارضلعی آن، تنش های فشاری ایجاد می کند که با تشکیل ترک ها در ماتریس آلومینا مقابله می کند و به طور قابل توجهی چقرمگی را افزایش می دهد و در نتیجه عملکرد ZTA را بیشتر می کند..

ZTA نه تنها قوی است, ساختار تتراگونال-مونوکلینیک و چقرمگی شکست بالا, بلکه ضریب انبساط حرارتی پایینی دارد (CTE), آن را برای کاربردهایی که به دماهای شدید یا محیط‌هایی که پایداری ابعادی ضروری است، مناسب می‌سازد, مانند قطعات دقیق یا بسته های الکترونیکی.

ZTA به دلیل ترکیبی از مقاومت شیمیایی در بین مواد ایمپلنت پزشکی متمایز است, مقاومت در برابر خوردگی در آب یا مایعات بدن به خواص مکانیکی و استرس کمک می کند, آن را به یک کاندید اصلی برای ایمپلنت های پزشکی مانند سرهای ارتوپدی فمور و آسترهای استابولوم تبدیل می کند.. بیومتریال دلتا BioLOX یکی از این نمونه هاست; به طور گسترده در طی جراحی های ارتوپدی برای هر دو کاربرد استفاده می شود.

مقاومت در برابر خوردگی

ZTA دارای خواص برتر هر دو آلومینا و زیرکونیا است, آن را در برابر حملات شیمیایی و سایش بسیار مقاوم می کند, آن را برای کاربردهایی که شامل محیط‌های مستعد خوردگی یا اصطکاک مکرر یا تنش مکانیکی هستند عالی می‌کند..

ترکیب سختی آلومینا با چقرمگی زیرکونیا منجر به خواص تریبولوژیکی عالی می شود که مقاومت سایش عالی را در قطعات با بارهای سنگین و استفاده طولانی مدت ایجاد می کند., مانند ایمپلنت های ارتوپدی, ابزار برش و اجزای مقاوم در برابر سایش مورد استفاده در مدیریت سیال (راهنمای نخ, بلبرینگ ها, نازل و غیره). این ترکیب به ویژه در محیط های پزشکی و صنعتی مانند ایمپلنت های ارتوپدی کاربرد دارد, ابزارهای برش یا مدیریت مایعات (نازل بلبرینگ راهنماهای نخ و غیره).

افزایش چقرمگی شکست ZTA را می توان به ذرات زیرکونیایی ریز توزیع شده در ماتریس آلومینا آن نسبت داد.. هنگامی که ترک ها شروع به انتشار می کنند, هنگامی که انرژی آنها افزایش می یابد و بیشتر در امتداد انتشار می یابد, این دانه‌های زیرکونیا چهارضلعی تحت تبدیل فاز قرار می‌گیرند تا آن‌ها را به عنوان بخشی از مکانیزم سخت‌کننده تبدیل، جذب و پراکنده کنند. – از این رو چقرمگی شکست این ماده را بهبود می بخشد.

موفقیت در ساخت سرامیک ZTA در استفاده از پودرهای زیرکونیا و آلومینا با کیفیت عالی و عاری از ناخالصی است.. تف جوشی باید کنترل شود تا از تبدیل زیرکونیای خودبخودی چهار ضلعی به مونوکلینیک در طول خنک‌سازی جلوگیری شود و تشکیل فاز مونوکلینیک متقابل که مستعد جذب شیمیایی با مولکول‌های آب است به حداقل برسد که منجر به تخریب دمای پایین در استفاده طولانی‌مدت می‌شود.; فرآیند تف جوشی سرامیک ZTA Saint-Gobain ZirPro به طور خاص برای جلوگیری از چنین پدیده های نامطلوبی ایجاد شده است.. خوشبختانه سرامیک ZTA سرامیک Saint-Gobain ZirPro به طور خاص برای جلوگیری از وقوع چنین پدیده هایی طراحی شده است. –

پایداری حرارتی

آلومینا سخت شده زیرکونیا (ZTA) می تواند تغییرات سریع دما را بدون ترک خوردن یا شکستن تحمل کند, به لطف ذرات زیرکونیا پراکنده در یک ماتریس آلومینا که انرژی گرمایی را جذب می کند و تنش های فشاری ایجاد می کند که از ترک خوردن و شکست جلوگیری می کند.. زیرا ZTA انرژی حرارتی را بسیار موثر جذب می کند, این ماده یک انتخاب عالی برای کاربردهایی است که به مقاومت در برابر دمای بالا نیاز دارند.

افزودن زیرکونیا به ماتریس آلومینا می تواند چقرمگی شکست را افزایش دهد و در عین حال خواص مکانیکی مانند استحکام و مقاومت در برابر سایش را بهبود بخشد.. افزایش چقرمگی شکست در ZTA ناشی از تبدیل ناشی از تنش از فاز تتراگونال متداول به فاز مونوکلینیک در دمای محیط است.; اثری که با اندازه‌های کوچک‌تر دانه‌های زیرکونیا نسبت به آلومینا تقویت می‌شود.

تثبیت کننده ها اغلب برای حفظ فاز زیرکونیای چهارضلعی در مواد ZTA مانند Biolox Delta استفاده می شوند.; با این حال, نتایج مشابهی را می توان بدون تثبیت کننده ها از نظر توزیع ذرات و چقرمگی شکست به دست آورد.

ترکیبی از آلومینا و زیرکونیا یک سرامیک پیشرفته ایجاد می کند که از نظر استحکام عالی است, چقرمگی شکست, خاصیت ارتجاعی و سختی – ویژگی های ضروری برای کاربردهایی که نیاز به عملکرد ساختاری و مقاومت در برابر خوردگی دارند. سرامیک های ZTA تمایل به عملکرد بهتر دارند 99% سرامیک آلومینا مقرون به صرفه است در حالی که نیازهای کاربردی خاص را به طور کارآمدتر برآورده می کند; نسبت آنها حتی می تواند به طور خاص تنظیم شود.