آلومینا سخت شده زیرکونیا – استحکام افزایش یافته برای تعالی صنعتی

آلومینا سخت شده زیرکونیا (ZTA) یک سرامیک استثنایی است, با چقرمگی بالا و مقاومت در برابر شکست به دلیل ذرات زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا که از طریق یک ماتریس آلومینا پراکنده شده اند متمایز می شود..

این ماده می تواند تغییرات سریع دما را بدون ترک خوردن یا شکستن تحمل کند, در برابر خوردگی شیمیایی مقاوم است و مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی را ارائه می دهد.

مقاومت در برابر خوردگی عالی

سرامیک های ZTA تعادل ایده آلی بین قدرت و ارزش ارائه می دهند, قوی تر از محصولات آلومینا اما کم هزینه تر از زیرکونیای خالص. خواص مکانیکی آنها – چقرمگی شکست, استحکام خمشی و سختی و همچنین مقاومت در برابر شوک حرارتی – آنها را برای ساخت ابزارهای صنعتی مانند چرخ برش مناسب کنید.

ZTA به دلیل افزودن زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا به خواص برتر خود دست می یابد (YSZ) ذرات درون یک ماتریس آلومینا. هنگامی که به طور مساوی در سراسر پخش می شود, YSZ به بهینه سازی چقرمگی شکست سختی و استحکام کششی هر دو عنصر کمک می کند و در نتیجه مقاومت سایشی استثنایی ایجاد می کند., بی اثری شیمیایی در دمای اتاق و ویژگی‌های سختی/استحکام گرما برای یک ماده سرامیکی استثنایی.

محصولات ZTA’ خواص مکانیکی به شدت به مسیرهای پردازش آنها برای تولید پودر بستگی دارد, از جمله عملیات حرارتی, روش های کلسینه کردن, تکنیک های خشک کردن و فرآیندهای پخت و همچنین شکل دهی متناسب با افزودنی های اضافه شده در طول تولید. همه این عوامل تأثیر فوری بر قدرت آنها دارند, خاصیت ارتجاعی و سختی.

مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی

سرامیک های ZTA مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی دارند, آنها را به گزینه ای عالی برای کاربردهای هوافضا که به سطوح بالایی از استحکام نیاز دارند تبدیل می کند, سختی, و بی اثری شیمیایی. هنگامی که به طور یکنواخت در یک ماتریس آلومینا پراکنده می شود، YSZ می تواند بهینه شود. یکی از سرامیک‌های زیرکونیا-آلومینای مقاوم شده با تغییر شکلی که ما ارائه می‌کنیم، BIOLOX delta است که می‌توان آن را برای اجزای باربر ارتوپدی مانند تعویض مفصل ران استفاده کرد..

تبدیل ناشی از تنش از ساختار تتراگونال ناپایدار به ساختار تک کلینیک YSZ باعث افزایش حجم و کرنش برشی می شود که با انتشار ترک مقابله می کند., افزایش چقرمگی شکست در حالی که به طور همزمان استحکام خمشی را بهبود می بخشد. عملکرد چنین سرامیک سخت شده با تبدیل آلومینا-YSZ به شرایط پردازش و همچنین به استوکیومتری اکسیدهای سازنده آن در فرآیند تف جوشی بستگی دارد..

شرایط پخت ضعیف کنترل شده ممکن است منجر به استحکام خمشی کم و همگنی ضعیف ماتریس آلومینا-YSZ شود., به طور بالقوه به دلیل گیر افتادن هوا یا تجمع ذرات. با افزودن مواد افزودنی مانند ایتریا یا اکسیدهای منیزیم, ممکن است دمای تبدیل تتراگونال به تک کلینیک کاهش یابد و خواص تف جوشی زیرکونیا افزایش یابد.

مقاومت در برابر سایش عالی

ZTA نه تنها از نظر مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی برتر است, اما همچنین به دلیل مکانیسم پوششی تبدیل فاز چهارضلعی-مونکلینیک بسیار مقاوم در برابر سایش است.. علاوه بر این, مطالعات in vitro نشان داده اند که اجزای ZTA کمتر در معرض تخریب هیدروترمال هستند – چیزی که در سرامیک سر استخوان ران و فنجان تعویض مفصل ران اهمیت زیادی دارد (مانند BIOLOX delta تولید شده توسط CeramTec).

آزمایش‌های سایش شبیه‌سازی‌شده بر روی اجزای ZTA ساخته‌شده از مواد کامپوزیت آلومینا-زیرکونیا، نتایج چشم‌گیری از نظر مقاومت در برابر سایش ایجاد کرده است., استحکام خمشی و سختی. نمونه‌های ZTA که در معرض چرخه‌های متعدد در شبیه‌ساز هیپ قرار گرفتند، کمترین تخریب را با زبری سطح به‌طور قابل‌توجهی کمتر از اجزای زیرکونیای یکپارچه نشان دادند..

ثابت شده است که اجزای ZTA برای کاربردهای سخت در تولید خودرو مناسب هستند (ابزارهای شکل دهی سرد و گرم, غلتک ها و کاپستان های بسته کن قوطی); صنعت انرژی (بلبرینگ ها, درج های روزنه و گرداب یاب); فرآوری مواد غذایی (همگن سازی قطعات پمپ); و صنعت انرژی. خواص مکانیکی آنها به متغیرهای زیادی بستگی دارد: مسیرهای آماده سازی مورد استفاده برای تهیه پودر; روش های خشک کردن به کار رفته در طی کلسینه کردن; تکنیک‌های شکل‌دهی که در طی تکنیک‌های تف جوشی اتخاذ شده‌اند; شکل دهی مناسب; مواد افزودنی اضافه شده و توزیع اندازه ذرات در میان سایر موارد.

قدرت عالی

سرامیک های ZTA از تبدیل ناشی از استرس برای ادغام زیرکونیا در یک ماتریس آلومینا استفاده می کنند., افزایش استحکام و دوام در طول زمان. این امر ZTA را به یک راه حل سرامیکی عالی برای کاربردهای صنعتی که به چقرمگی نیاز دارند تبدیل می کند, مقاومت در برابر خوردگی بالا, تحمل شوک حرارتی و تحمل شوک حرارتی.

تحت فشار, رسوبات متاپایدار چهار ضلعی در آلومینا مکعبی تحت یک تبدیل ناگهانی به ذرات مونوکلینیک قرار می گیرند که با ایجاد لایه های سطحی فشاری که به ترک های درون ماتریکس خود می چسبند، چقرمگی شکست آن را افزایش می دهد..

سخت شدن ترانسفورماسیون پدیده ای است که به نام سختی شکستگی شناخته می شود, که در آن افزایش چقرمگی شکست آلومینا منجر به طول ترک کوتاه‌تر می‌شود, کرک بلانت کمتر, و تعاملات با ریزترک های از قبل موجود بهبود یافته است. این اجازه می دهد تا ترکیبی از یاتاقان های سخت به سخت و سخت به نرم را که در سرامیک های مدرن پزشکی مانند تعویض های مفصل ران استفاده می شود.. علاوه بر این, ایمپلنت‌های زیرکونیایی تثبیت‌شده با ایتریوم که با نام y-TZP شناخته می‌شوند، از سایش در طول زمان محافظت می‌کنند.