چقرمگی بی بدیل با آلومینا سخت شده زیرکونیا (ZTA) سرامیک

آلومینا سخت شده زیرکونیا (ZTA) سرامیک ها دارای استحکام بی نظیری هستند. آنها دارای مقاومت سایش برتر هستند, بی اثری شیمیایی و اصطکاک کم برای عملکرد بی دردسر در کارهای روزمره – ناگفته نماند سختی و سفتی بالاتر نسبت به فلزات.

ZTA شامل آگلومراهای پلی کریستال زیرکونیا چهارضلعی متاستوار در یک ماتریس آلومینا است که تحت تنش تبدیل فاز ناشی از استرس به شکل مونوکلینیک می شود., بنابراین کرنش برشی پراکنده می شود و انتشار ترک متوقف می شود, معمولاً به عنوان سخت‌کننده تبدیل شناخته می‌شود.

مقاوم در برابر خوردگی

ZTA مقاومت شیمیایی بالاتری نسبت به آلومینا خالص دارد و می تواند در برابر دماهای شدید بدون تخریب مقاومت کند, آن را به گزینه ای ایده آل برای کاربردهای صنعتی در محیط ها و شرایط سخت تبدیل می کند.

چقرمگی ZTA توسط ذرات زیرکونیا که انرژی را پراکنده و جذب می کنند، افزایش می یابد, کمک به جلوگیری از ترک خوردگی. وقتی با اکسید ایتریم دوپ شود, زیرکونیا در طول تنش از فاز تتراگونال متاپایدار به مونوکلینیک تغییر می کند تا تنش های فشاری ایجاد کند که چقرمگی شکست را افزایش می دهد..

سرامیک های مبتنی بر زیرکونیا مانند ZTA حاوی ذرات آلومینا برای مقاومت در برابر شوک حرارتی هستند.. این به آن اجازه می دهد تا تغییرات سریع دما را بدون ترک یا شکست در کاربردهای با کارایی بالا مانند سنگ زنی و برش تحمل کند.; انبساط خطی و پیچشی کم آن قابلیت های باربری برجسته و قابلیت های عملکردی را ارائه می دهد.. ZTA به خود می بالد 2-3 برابر استحکام کششی قوی‌تر در مقایسه با آلومینا خالص در حالی که دارای ضرایب انبساط خطی/پیچشی پایین برای ظرفیت‌های تحمل بار استثنایی و قابلیت‌های عملکردی است..

سفتی بالا

ZTA استحکام و دوام آلومینا را با سخت‌کننده زیرکونیا ترکیب می‌کند تا ماده‌ای استثنایی برای کاربردهای سخت باشد.. این ترکیب قدرت بی نظیری را ارائه می دهد, چقرمگی شکست, خاصیت ارتجاعی و سختی در یک بسته.

کلاوسن کشف کرد در 1976 که افزودن زیرکونیای تثبیت نشده به آلومینا به طور قابل توجهی چقرمگی شکست آن را افزایش می دهد, به دلیل تبدیل تتراگونال-مونوکلینیک رسوبات تتراگونال ریز پراکنده در ماتریس آن. چنین رسوبات فراپایدار تا زمانی که با نزدیک شدن جلوی شکاف یا منبع دیگر رهایی از محدودیت آنها آزاد شوند، از تغییر خودداری می شوند., مانند ذوب شدن.

زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا 10mol% پرس گرم (10YSZ), تقویت شده با ذرات یا پلاکت های حاوی از 0 تا 30 درصد وزنی آلومینا در معرض استحکام شدید قرار گرفتند, تست چقرمگی شکست و رشد کند ترک در دمای 1000 درجه سانتیگراد در هوا. نتایج نشان داد که حداکثر استحکام خمشی و چقرمگی شکست برای کامپوزیت های پلاکتی با این محتوای ترکیب به دست آمد..

استحکام کششی بالا

سرامیک زیرکونیا ترکیب فوق العاده ای از استحکام را ارائه می دهد, انعطاف پذیری, و تطبیق پذیری که بسیار بیشتر از سرامیک های فنی سنتی است. فرمول‌های زیرکونیا مانند ZTA راه‌حل‌هایی را برای سخت‌ترین کاربردهای امروزی ارائه می‌کنند، از اجزای هوافضا که در محیط‌های سخت مقاوم هستند تا نسل بعدی ایمپلنت‌های زیست‌پزشکی که برای طول عمر طراحی شده‌اند. – ارائه راه حل های قابل اعتماد برای ضروری ترین نیازهای امروزی.

ZTA به دلیل استحکام خمشی برتر در بین سایر مواد متمایز است, چقرمگی شکست و مقاومت در برابر انتشار ترک به دلیل فاز چهارضلعی آن. این تبدیل به زیرکونیای مونوکلینیک در دمای پایین، ناحیه جلوتر از یک ترک را فشرده می کند تا رشد بیشتر متوقف شود..

ایتریا زیرکونیا را تا حدی تثبیت کرد (Y-TZP) و زیرکونیای نیمه تثبیت شده سریم (چه-TZP) به دلیل حفظ فاز تتراگونال با حفظ ایتریا یا سریم در دماهای پایین تر، ویژگی های چقرمگی استثنایی مشابه ZTA نشان می دهد., امکان تبدیل در محدوده دمایی قابل کنترل تر و نشان دادن آسیب سطحی کمتر در طول آزمایش های بارگذاری چرخه ای نسبت به همتایان آلومینا.

اصطکاک کم

زیرکونیا یکی از سخت ترین سرامیک های مهندسی موجود است و خواص اصطکاک کم آن به افزایش مقاومت در برابر سایش و کاهش نیازهای روانکاری کمک می کند..

سرامیک های ZTA حاوی آلومینا برای حداکثر چقرمگی هستند. این اجازه می دهد تا ذرات زیرکونیای چهارضلعی تثبیت شده با ایتریا در یک ماتریس آلومینا بدون تغییر باقی بمانند., به دلیل شبکه در هم تنیده ای از دانه ها متبلور می شود.

ترکیب کنترل شده و شرایط پردازش تضمین می کند که تبدیل خود به خودی چهار ضلعی به تک کلینیک پس از خنک شدن از دمای تف جوشی رخ نمی دهد., کمک به قابلیت چند ضربه در تست چقرمگی شکست. علاوه بر این, همگنی بالا در کامپوزیت های آلومینا-زیرکونیا با اندازه دانه های کوچک منجر به انرژی ترک کمتری می شود که به نوبه خود منجر به طول ترک کوتاه تر در طول آزمایش های فرورفتگی الماس می شود..

انبساط حرارتی بالا

نیروی اتصال ماتریس آلومینا آن را قادر می سازد تا از تبدیل ذرات چهارضلعی زیرکونیا به زیرکونیای مونوکلینیک پس از سرد شدن جلوگیری کند., در نتیجه ساخت 10 خال % کامپوزیت های زیرکونیا-آلومینای تثبیت شده با ایتریا پایدار و بدون ترک هستند.

افزودن سریم به زیرکونیا باعث می شود تا حدی تثبیت شود (چه-TZP). Ce-TZP فاز چهارضلعی خود را در دمای اتاق نگه می دارد و چقرمگی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد, چقرمگی شکست و استحکام خمشی در مقایسه با مواد سرامیکی دندان سنتی.

کامپوزیت های آلومینا سخت شده زیرکونیا حاوی Ce-TZP, زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا (Y-TZP), یا زیرکونیای تثبیت شده با منیزیم (Mg-PSZ) چقرمگی فوق العاده ای را نشان می دهند که از آلومینا و زیرکونیای یکپارچه پیشی می گیرد, ZTA را به کاندیدای مناسب برای برنامه های کاربردی مانند ایمپلنت های پزشکی تبدیل می کند, قطعات هوافضا و ماشین آلات صنعتی. ZTA همچنین دارای خواص مقاومت شیمیایی بسیاری است که از آن در برابر اسیدها محافظت می کند, محلول های نمک, نمک های مذاب قلیایی و همچنین دماهای بالا.