zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi on osoittanut ylivertaiset mekaaniset ominaisuutensa monoliittiseen zirkoniumoksidiin verrattuna, mukaan lukien murtolujuus ja taivutuslujuus. ZTA:n vakaus johtuu sen matriisifaasista, joka suojaa ja rajoittaa tetragonaalisten zirkoniumoksidirakeiden muuttumista, auttaa sitä kestämään hajoamista in vivo hydrotermisissä olosuhteissa.
Taivutusvoima
Lisäämällä zirkoniumoksidia alumiinioksidikeramiikkaan, zirkoniumoksidilla karkaistua alumiinioksidia syntyy. Tällä materiaalilla on erinomainen taivutuslujuus ja mekaaninen kestävyys sitä vaativissa tilanteissa, ja kestää myös kemiallista korroosiota sekä altistumista kehon nesteille.
zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi kestää nopeita lämpötilan vaihteluita, koska sen zirkoniumoksidihiukkaset ovat jakautuneet alumiinioksidimatriisiin, jotka absorboivat lämpöenergiaa ja luovat puristusjännityksiä halkeilun estämiseksi, joten se soveltuu käytettäväksi erilaisissa teollisissa sovelluksissa, kuten uunikomponenteissa ja höyryturbiinimoottoreissa.
Tässä komposiittikeramiikassa yhdistyvät sekä alumiinioksidin että zirkoniumoksidin vaikuttavat ominaisuudet tuottamaan lisälujuutta ja lämpöiskun kestävyyttä, ylivoimaisella kovuudella, taivutusvoima, murtolujuus ja kulutuskestävyys ylittävät 99% kovuuden suhteen puhdasta alumiinioksidia, sitkeys ja kulutuskestävyys.
Murtumislujuus
Zirkoniumoksidi parantaa alumiinioksidikeramiikan murtolukeutta transformaatiokarkaisulla. Kun osui, metastabiili yttrium-stabiloitu zirkoniumoksidi muuttuu monokliinisiksi kiderakenteiksi, jotka tuottavat puristusjännitystä, joka estää halkeaman leviämisen.
Zirkonialla karkaistu alumiinioksidi on kovuutensa ansiosta ihanteellinen materiaali leikkaustyökalujen luomiseen, lämpöstabiilisuus ja kitkankestävyys. Lisäksi, sen erinomaiset mekaaniset ominaisuudet lisäävät merkittävästi sen kestävyyttä ja luotettavuutta.
Geelivalulla tuotetulla ZTA:lla on poikkeuksellinen yhdistelmä taivutuslujuutta, murtolujuus, bioyhteensopivuus ja lämmön/korroosionkestävyys, mikä tekee siitä sopivan lonkan tekonivelleikkaukseen. Geelivaluprosessien kautta on myös mahdollista räätälöidä sen kovuus-murtolujuus-taivutuslujuusparametreja muuttamalla lietteen kiinteää kuormitustasoa, muotin paksuus tai sintrauslämpötilaparametrit tulosten maksimoimiseksi.
Stressi-venymäkäyrät
Zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidimateriaali tarjoaa erinomaisen lujuuden ja kulutuskestävyyden, sekä poikkeuksellinen jäykkyys raskaiden kuormien tukemiseen ilman muodonmuutosta paineen alaisena. Lisäksi, sillä on erinomainen lämpöiskunkestävyys, mikä mahdollistaa sen sietämisen äkillisiä lämpötilanvaihteluita kärsimättä heikkenemisestä.
Tietyn rajan ylittävä zirkoniumpitoisuus lisää ikääntymisen hajoamista sintrauksen jälkeisen jäähtymisen aikana syntyvien mikrohalkeamien kautta, jotka toimivat ensisijaisena veden tunkeutumisreittinä keraamiseen materiaaliin, Tämä johtaa siihen, että jäähtymisen aikana muodostuu mikrohalkeamia, jotka toimivat ensisijaisina reiteinä sen sisääntulolle ja leviämiselle. Päinvastoin, kun tämän kynnyksen alapuolella zirkoniumoksidihiukkaset käyvät läpi jännityksen aiheuttaman muutoksen tetragonaalisesta faasista monokliiniseksi faasiksi, mikä vähentää ikääntymisen hajoamista.
Vetolujuus
Zirkonialla karkaistu alumiinioksidi on kova ja kestävä materiaali, jolla on erinomaiset kulutuskestävyys ja lämmönkestävyysominaisuudet, joten se sopii jäähdytystä vaativille komponenteille. Lisäksi, Tämän kaltaiset lämpöstabiilit pinnat tarjoavat lämmönhallinnan ja kitkavastuksen, joten ne ovat ihanteellisia materiaalivaihtoehtoja.
Stressin alla, ZTA käy läpi faasimuutoksen tetragonaalisesta monokliiniseksi, mikä estää halkeamien leviämisen ja lisää murtolujuutta, mutta jotkut tutkimukset osoittavat, että stabiloimattoman zirkoniumoksidin lisääminen johtaa heikentyneeseen vetolujuuteen.
ZTA-keramiikka sisältää tyypillisesti 10%-20% zirkonia, jonka avulla se voidaan räätälöidä erityisesti jokaiseen sovellukseen. ZTA on bioyhteensopiva, lämpöä kestävä, korroosionkestävä, tarpeeksi kova kestämään painetta, kustannustehokas vaihtoehto puhtaalle zirkoniumoksidikeramiikalle ja kestää korkeita lämpötiloja hajoamatta. Venttiilitiivisteiden valmistajat valitsevat sen yleensä sen korroosionkestävyyden ja paineensietokyvyn vuoksi – kaikki ominaisuudet ovat ihanteellisia venttiilin tiivistesovelluksiin.
Iskun voimakkuus
Zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi on erittäin korroosionkestävä ja sillä on poikkeuksellinen mekaaninen lujuus, joten ne sopivat sovelluksiin, jotka vaativat samanaikaisesti kovuutta ja sitkeyttä. Lisäksi, ZTA tarjoaa kustannussäästöjä puhtaaseen zirkoniumoksidikeramiikkaan verrattuna.
Alumiinioksidin ja zirkoniumoksidin yhdistäminen luo keramiikkaa, jolla on suurempi taivutuslujuus, murtolujuus, ja kulutuskestävyys kuin puhdas alumiinioksidi. Se kestää suurempia kuormia ja iskuja, ja sitä käytetään usein päivityksenä tavalliseen alumiinioksidiin malleissa, jotka vaativat lisäominaisuuksia.
Transformaatiokarkaisu selittää tämän lisääntyneen lujuuden; stressiolosuhteissa, zirkoniumoksidihiukkaset muuttuvat tetragonaalisesta monokliinisestä muodosta ja laajenevat, puristaa halkeamia alumiinioksidimatriisissa ja johtaa siten suurempaan taivutuslujuuteen kuin YSZ (Kuviot 6c ja d).
Korroosionkestävyys
ZTA Ceramicin alumiinioksidin ja zirkoniumoksidin yhdistelmä tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden puhtaaseen verrattuna 99% yksinomaan alumiinioksidimateriaalit, ja sillä on ylivoimainen kovuus, murtolujuus, taivutusvoima, ja kovuusominaisuudet kuin kilpailijoilla.
ZTA:lla on erinomainen kulutuskestävyys ja kemiallinen yhteensopivuus, joten se sopii erinomaisesti teollisiin sovelluksiin, jotka vaativat suurta mekaanista kestävyyttä. Lisäksi, materiaaliyhdistelmällä on erinomainen lämpöiskun kestävyys, mikä mahdollistaa nopeat lämpötilan muutokset halkeilematta tai rikkoutumatta.
Alumiinioksidimatriisiin lisätyt zirkoniumoksidihiukkaset lisäävät sen murtolujuutta transformaatiokarkaisulla, vaikutus, joka aiheutuu jännittyneistä zirkoniumoksidihiukkasista, jotka muuttuvat tetragonaalisista monokliinisistä kiderakenteista joutuessaan alttiina puristusjännitykselle, tuottaa puristusjännityksiä, jotka estävät halkeaman etenemisen ja lisäävät merkittävästi sen murtolujuutta.
Lämpöshokin kestävyys
zirkonialla karkaistu alumiinioksidi on edistynyt keramiikka, jossa yhdistyvät alumiinioksidi ja zirkoniumoksidi. Luodaksesi ZTA, zirkoniumoksidia lisätään alumiinioksidin päämatriisiin ennen sintrausta, jotta se lisää lujuutta ja lämpöiskun kestävyyttä perinteiseen alumiinioksidikeramiikkaan verrattuna; Lisäksi sillä on korkeampi kovuus, taivutusvoima, ja tiheys kuin sen vastine.
ZTA:n karkaisumekanismi sisältää jännityksen aiheuttaman faasimuutoksen tetragonaalisista monokliinisistä zirkoniumoksidihiukkasten kiderakenteista, lisää murtolujuutta samalla kun se suojaa lämpöshoilta ja mekaaniselta hankaukselta. Zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi on erittäin bioyhteensopiva eikä ruostu nopeasti, tekee siitä ihanteellisen venttiilitiivisteille. Lisäksi, sen korkea taivutuslujuus mahdollistaa sen kestävän kehon paineen tehokkaasti.