چقرمگی پیشرفته برای کاربردهای صنعتی

آلومینا سخت شده زیرکونیا (ZTA) اجزای سرامیکی سختی و استحکام آلومینا را با چقرمگی شکست عالی زیرکونیا ترکیب می کنند تا عملکرد و طول عمر را برای کاربردهای صنعتی ارائه دهند..

تبدیل ذرات ریز زیرکونیا چهارضلعی که در یک ماتریس آلومینا تعبیه شده است ناشی از استرس، منجر به تولید مواد ZTA با استحکام و چقرمگی برتر می شود., مناسب برای استفاده در محیط های مختلف خشن.

سختی

مواد ZTA سختی آلومینا را با چقرمگی زیرکونیا برای مقاومت بی نظیر در برابر سایش و سایش ترکیب می کنند.. این اثر از طریق سخت شدن تبدیل ناشی از استرس امکان پذیر می شود: زمانی که استرس دارد, ذرات زیرکونیا از فاز چهارضلعی فراپایدار خود به شکل مونوکلینیک پایدار تبدیل می شوند.; انبساط حجمی ناشی از این تغییر ساختاری به بستن هرگونه ترک در ماتریس آلومینا کمک می کند و چقرمگی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد..

ZTA حاوی پلاکت های زیرکونیایی است که در حین تف جوشی به یک ماتریکس آلومینا تبدیل می شوند, بهبود چقرمگی و استحکام شکست در حالی که چقرمگی شکست را افزایش می دهد, ایجاد ماده ای با مقاومت خمشی بیشتر از Y-TZP و تا دو برابر استحکام خستگی چرخه ای آن. این ترکیب چقرمگی از آلومینا همراه با استحکام زیرکونیا، ZTA را به یک ماده عالی برای کاربردهای صنعتی که به مقاومت در برابر آسیب نیاز دارند تبدیل کرده است..

ماندگاری

آلومینا سخت شده زیرکونیا (ZTA) دارای مقاومت خمشی و فشاری برجسته است, با انبساط حرارتی کم معادل آلومینا و خواص مقاومت در برابر سایش برجسته.

آلومینا سخت شده با زیرکونیا با افزودن دانه های زیرکونیا چهارضلعی از طریق تبدیل ناشی از تنش به ماتریس آلومینا سخت ایجاد می شود., آنها را در ساختار خود محصور می کند در حالی که تغییر شکل آنها را به جای گسترش در سراسر مناطق محلی محدود می کند.

این مکانیسم باعث می شود کامپوزیت های آلومینا-زیرکونیا به دلیل مقاومت در برابر جذب آب از طریق جذب شیمیایی بسیار بادوام تر از زیرکونیای یکپارچه باشند.; زیرکونیای یکپارچه می تواند مولکول های آب قطبی را جذب کند که منجر به تخریب دمای پایین و در نهایت تجزیه شدن پس از استفاده طولانی مدت می شود..

ZTA, از سوی دیگر, به طور خاص برای تسهیل این تبدیل چهار ضلعی به تک کلینیک از طریق ویژگی های ساختاری و افزودنی های شیمیایی طراحی شده است.. CeramTec Biolox Delta ZTA را به عنوان نمونه به بازار عرضه می کند; این فرمول حاوی ایتریا و استرانسیوم آلومینات برای تسهیل مکانیسم های سفت شدن در فاز زیرکونیایی خود است و در نتیجه خطر کمتری برای تخریب دمای پایین دارد در حالی که محیط های با دمای بالا را تحمل می کند..

مقاومت در برابر خوردگی

سرامیک های ZTA نسبت به همتایان آلومینا خود مقاومت بالاتری در برابر خوردگی دارند و بنابراین می توانند در تجهیزاتی که در محیط های سخت قرار دارند استفاده شوند.. علاوه بر این, ZTA می تواند دماهای بالاتر را تحمل کند و در عین حال پایداری شیمیایی بیشتری را ارائه دهد.

گاروی و همکاران (1975) نشان داد که اضافه کردن 10-20% زیرکونیای تثبیت نشده می تواند چقرمگی را در مقایسه با آلومینا بسیار افزایش دهد, از طریق سفت شدن دگرگونی. این فرآیند زمانی اتفاق می‌افتد که رسوبات متاپایدار چهارضلعی ریز پراکنده شده و تحت تنش به زیرکونیای مونوکلینیک تبدیل می‌شوند و باعث انبساط حجمی می‌شوند که ترک‌ها را فشرده می‌کند و انتشار آنها را کند یا متوقف می‌کند..

این مکانیسم شبیه تنش های ناشی از تغییر شکل است; با این حال, برای ایجاد تغییرات فاز، میدان تنش باید به اندازه کافی بزرگ باشد; برای ترک در نمونه‌های ZTA این انرژی از تنش‌های خمشی در محل‌های شکست ناشی می‌شود.

مقاومت در برابر حرارت

آلومینا سخت شده زیرکونیا دارای نقطه ذوب فوق العاده بالا و مقاومت در برابر خوردگی است, آن را به ماده ایده آلی برای تجهیزاتی تبدیل می کند که اغلب در معرض دماهای بالا قرار می گیرند. علاوه بر این, این نوع دارای مقاومت اصطکاک بیشتری نسبت به آلومینا استاندارد است, کمک به کاهش فرسودگی تجهیزات در معرض سطوح بالاتر انرژی جنبشی.

سرامیک های ZTA از طریق تبدیل ذرات زیرکونیا چهارضلعی به یک ماتریس آلومینا ناشی از استرس ایجاد می شوند., ایجاد تنش های فشاری در آنها که از انتشار ترک جلوگیری می کند, افزایش استحکام و چقرمگی در حالی که مقاومت در برابر شوک حرارتی را بدون شکستگی یا ترک ایجاد می کند. آنها مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی دارند; مقاومت در برابر تغییرات سریع دما بدون شکستگی یا ترک خوردگی تحت تنش.

آلومینا سخت شده با زیرکونیا به دلیل مجموعه وسیعی از خواص، کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارد. مهندسی مکانیک از آن برای قطعات پمپ و آب بندی استفاده می کند; پردازش نیمه هادی به دلیل پایداری و استحکام حرارتی از آن استفاده می کند; هوافضا, صنایع خودروسازی و برق به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و مواد شیمیایی خشن از آن به عنوان قطعات موتور استفاده می کنند.; حتی می تواند مقاومت خمشی بالایی را برای ایمپلنت های دندانی تحمل کند!