Zirkonia karkaistu alumiinioksidi edistyneisiin sovelluksiin
ZTA on alumiinioksidi-zirkoniumoksidikomposiittimateriaali, erottuu erinomaisesta lujuudesta ja sitkeydestä. Valmistettu stressin aiheuttaman hienojen tetragonaalisten zirkoniumoksidihiukkasten muuntamisesta alumiinioksidimatriisissa.
Zirkoniumoksidikeramiikka on merkittäviä teknisiä materiaaleja, jolla on erinomainen kovuus, lämpöstabiilisuus, kulutuskestävyys ja käyttöympäristöt, joissa monet muut keramiikka ei toimi. Metalleja ja muovia ei yksinkertaisesti voi verrata toisiinsa. Lisäksi, Zirkoniumoksidikeramiikalla on myös erinomainen kovuus työkalujen valmistukseen.
Vahvuus
ZTA erottuu keraamisista materiaaleista poikkeuksellisella lujuudellaan ja sitkeysllään, kulutuskestävyys, kemiallinen inertisyys, alhainen kitkakerroin, korkea kovuus/jäykkyyssuhde ja suhteellisen alhainen lämpölaajenemiskerroin verrattuna useimpiin muihin – joten se on ihanteellinen materiaali sovelluksiin, kuten leikkaustyökaluihin. Lisäksi, sen bioyhteensopivuus tekee myös ZTA:sta houkuttelevan materiaalivaihtoehdon.
ZTA määritellään sen tetragonaalisten zirkoniumoksidihiukkasten erittäin tasaisen jakautumisen perusteella alumiinioksidimatriisissa. Tämä saavutetaan käyttämällä kehittyneitä sekoitustekniikoita, kuten kuulajyrsintä ja korkeaenergiainen hankausjyrsintä; Kun jauheet on sekoitettu yhteen, niistä voidaan sitten muodostaa niiden aiottu komponentti kuivapuristamalla, isostaattinen puristus, ruiskupuristus- tai ekstruusiotekniikat.
Alumiinioksidimatriisiin dispergoitu zirkoniumoksidi parantaa murtolujuutta absorboimalla ja haihduttamalla halkeamisenergiaa, tunnetaan muunnosten kovettumisena. Zirkoniumoksidi edistää myös kulutuskestävyyttä tuottamalla puristusjännityksiä, jotka estävät halkeamien leviämisen – tunnetaan itseteroittumisena – mikä tekee ZTA:sta erinomaisen materiaalivaihtoehdon hiomalaikkojen materiaaliksi.
Kovuus
Zirkonia karkaistu alumiinioksidi (ZTA) keramiikassa on vaikuttava lujuus ja murtolujuus, joten ne sopivat täydellisesti käytettäväksi erilaisissa sovelluksissa ja ympäristöissä. Tämä huomattava kimmoisuus tulee jännityksen aiheuttamasta hienon faasimuutoksesta, tasaisesti dispergoituneita tetragonaalisia zirkoniumoksidihiukkasia dispergoituneena alumiinioksidimatriisiin; jännitys indusoi faasimuutosta zirkoniumoksidi-alumiinioksidin mikrohalkeamien verkostojen tuottamiseksi, jotka absorboivat halkeaman etenemisenergiaa tehokkaasti hidastaen niiden leviämistä ja lisäämällä murtumiskestävyyttä (Clausen 1976).
ZTA erottuu edukseen erinomaisesta lämpöiskun kestävyydestään. Ainutlaatuisen tetragonaalisen monokliinisen faasikoostumuksen yhdistelmän ansiosta, tämä keramiikka kestää nopeita lämpötilan muutoksia halkeilematta tai rikkoutumatta, kun taas jännityksen aiheuttama zirkoniumoksidin muunnos metastabiiliin tetragonaaliseen muotoonsa synnyttää puristusjännitykset, jotka estävät halkeamien muodostumista sen alumiinioksidimatriisissa ja lisäävät merkittävästi sitkeyttä, mikä lisää edelleen ZTA:n suorituskykyä.
ZTA ei ylpeile vain vahvuudellaan, tetragonaalinen-monokliininen rakenne ja korkea murtolujuus, mutta myös alhainen lämpölaajenemiskerroin (CTE), joten se soveltuu sovelluksiin, jotka vaativat äärimmäisiä lämpötiloja tai ympäristöjä, joissa mittojen vakaus on ratkaisevan tärkeää, kuten tarkkuuskomponentit tai elektroniikkapaketit.
ZTA erottuu lääketieteellisten implanttimateriaalien joukosta kemiallisen kestävyyden yhdistelmän ansiosta, mekaaniset ominaisuudet ja jännitysavusteinen korroosionkestävyys vedessä tai kehon nesteissä, mikä tekee siitä erinomaisen ehdokkaan lääketieteellisille implanteille, kuten ortopedisille reisiluun päille ja asetabulaarisille vuorauksille. BioLOX Delta -biomateriaali on yksi tällainen esimerkki; käytetään laajasti ortopedisten leikkausten aikana molemmissa sovelluksissa.
Korroosionkestävyys
ZTA:lla on sekä alumiinioksidin että zirkoniumoksidin erinomaiset ominaisuudet, tekee siitä erittäin kestävän sekä kemiallisia iskuja että kulumista vastaan, tekee siitä täydellisen sovelluksiin, joihin liittyy korroosiolle alttiita ympäristöjä tai toistuvaa kitkaa tai mekaanista rasitusta.
Alumiinioksidin kovuuden ja zirkoniumoksidin sitkeyden yhdistäminen johtaa erinomaisiin tribologisiin ominaisuuksiin, jotka takaavat erinomaisen kulutuksenkestävyyden raskaan kuormituksen ja pitkäaikaisen käytön komponenteissa, kuten ortopediset implantit, leikkaustyökalut ja kulutusta kestävät komponentit, joita käytetään nesteenhallinnassa (lankaohjaimet, laakerit, suuttimet jne). Tätä yhdistelmää voidaan käyttää erityisesti lääketieteellisissä ja teollisissa olosuhteissa, kuten ortopedisissa implanteissa, leikkaustyökalut tai nesteenhallinta (kierreohjaimet laakerit suuttimet jne).
ZTA:n parannettu murtolujuus johtuu sen alumiinioksidimatriisissa olevista hienojakoisista zirkoniumoksidihiukkasista. Kun halkeamat alkavat levitä, kun niiden energia kasvaa ja leviää eteenpäin, nämä tetragonaaliset zirkoniumoksidirakeet käyvät läpi faasimuutoksen absorboidakseen ja haihduttaakseen sen osana transformaation sitkeytysmekanismia – parantaa siten tämän materiaalin murtolujuutta.
Menestys ZTA keramiikan valmistuksessa perustuu korkealaatuisten zirkoniumoksidi- ja alumiinioksidijauheiden käyttöön, joissa ei ole epäpuhtauksia. Sintrausta on valvottava, jotta vältetään spontaani tetragonaalinen monokliininen zirkoniumoksidimuunnos jäähdytyksen aikana ja minimoidaan metastabiilin monokliinisen faasin muodostuminen, joka on herkkä kemisorptiolle vesimolekyylien kanssa, mikä johtaa alhaiseen lämpötilan hajoamiseen pitkäaikaisessa käytössä.; Saint-Gobain ZirPron ZTA-keramiikan sintrausprosessi on erityisesti luotu tällaisten ei-toivottujen ilmiöiden välttämiseksi. Onneksi Saint-Gobain ZirPro Ceramicin ZTA-keramiikka on suunniteltu erityisesti estämään tällaisia ilmiöitä. –
Lämpöstabiilisuus
Zirkonia karkaistu alumiinioksidi (ZTA) kestää nopeita lämpötilan muutoksia halkeilematta tai rikkoutumatta, alumiinioksidimatriisiin dispergoituneiden zirkoniumhiukkasten ansiosta, jotka absorboivat lämpöenergiaa ja luovat puristusjännityksiä, jotka estävät halkeilua ja vaurioita. Koska ZTA imee lämpöenergiaa niin tehokkaasti, Tämä materiaali on erinomainen valinta sovelluksiin, jotka vaativat korkeita lämpötiloja.
Zirkoniumoksidin lisääminen alumiinioksidimatriisiin voi lisätä murtolujuutta ja samalla parantaa mekaanisia ominaisuuksia, kuten lujuutta ja kulutuskestävyyttä. ZTA:n lisääntynyt murtolujuus johtuu stressin aiheuttamasta muutoksesta metastabiilista tetragonaalisesta faasista monokliiniseen faasiin ympäristön lämpötiloissa; vaikutus, jota vahvistavat pienemmät zirkoniumoksidiraekoot kuin alumiinioksidissa.
Stabilisaattoreita käytetään usein tetragonaalisen zirkoniumoksidifaasin säilyttämiseen ZTA-materiaaleissa, kuten Biolox Delta; kuitenkin, samanlaisia tuloksia voidaan saavuttaa ilman stabilointiaineita hiukkasjakauman ja murtolujuuden suhteen.
Alumiinioksidin ja zirkoniumoksidin yhdistelmä luo edistyneen keramiikan, jonka lujuus on erinomainen, murtolujuus, elastisuus ja kovuus – ominaisuuksia, jotka ovat välttämättömiä sovelluksissa, jotka vaativat rakenteellista suorituskykyä ja korroosionkestävyyttä. ZTA-keramiikka on yleensä suorituskykyisempää 99% alumiinioksidikeramiikka on kustannustehokasta ja samalla se täyttää erityiset käyttötarpeet tehokkaammin; niiden suhdetta voidaan jopa räätälöidä erikseen.