Zirkonia karkaistu alumiinioksidi
Zirkonialla karkaistu alumiinioksidi (ZTA) on edistynyt keraaminen materiaali, jota käytetään laajalti venttiilien tiivisteissä, holkit, pumppukomponentit ja leikkuutyökalut sen lujuuden ja kemiallisen stabiilisuuden ansiosta – mistä on osoituksena sen kyky kestää raskaita kuormia ilman merkittävää huononemista.
ZTA:lla on vaikuttava lämpöiskunkestävyys ja se kestää äkillisiä lämpötilamuutoksia, sekä nopeat lämpötilanvaihtelut. Lue lisää sen mekaanisista ominaisuuksista!
Kovuus
Alumiinioksidimatriisiin lisätty zirkonium lisää sen kovuutta, murtolujuus ja taivutuslujuus lisäävät samalla kulutuskestävyyttä ja eroosiota. Tyypillisesti mukana oleva mekanismi on faasimuunnos, jota seuraa mikrohalkeamien muodostuminen, mutta se voi sisältää myös jännitysteorian teorioita soveltuvin osin.
Metassistentit tetragonaaliset zirkoniumoksidisaostumat, jotka muodostavat hienojakoisen dispersion alumiinioksidimatriisissa, voivat muuttua spontaanisti monokliinisiksi muodoiksi, kun niiden rajoitus poistetaan halkeaman leviämisen aikana, energian tuottaminen jännityskenttiä vastaan, mikä edistää halkeamien leviämistä.
ZTA-keraamilla on ylivoimainen murtolujuus ja kovuus verrattuna muihin oksidipohjaisiin teknisiin keramiikkoihin, sekä kaksinkertainen Y-TZP:n syklinen väsymislujuus. Sellaisenaan, ominaisuuksiensa ansiosta se soveltuu sovelluksiin, jotka vaativat äärimmäistä kulutuskestävyyttä, kemiallinen inertisyys ja alhainen kitka sekä suuri lujuus ja jäykkyys.
Taivutusvoima
ZTA-keramiikkaa voidaan valmistaa muuttamalla yttriumoksidistabiloidun zirkoniumoksidin suhdetta (Y-TZP) alumiinioksidimatriisin sisällä käyttäen kuumaisostaattista puristusta, optimoida kovuus-murtolujuus-taivutuslujuus yhdistelmät, jotka johtavat vertaansa vailla olevaan sykliseen väsymiskestävyyteen, joka ylittää edistyneimmän teknisen keramiikan.
Alumiinioksidimatriisissa oleva metastabiili Y-TZP johtaa tetragonaalisten monokliinisten transformaatiovaiheiden agglomeraattien muodostumiseen, jotka lisäävät murtolujuutta faasimuutosjäykistyksen avulla (Clausen 1976). Mieluiten halkeamien ylittäminen, nämä siirtymäagglomeraatit puristavat halkeamaa edeltävää vyöhykettä ja vähentävät sen etenemistä, lopulta lisää murtolujuutta.
Tämä materiaalirakenne on johtanut alumiinioksidi-zirkoniumoksidikomposiittien, kuten BIOLOX Deltan, luomiseen, käytetään laajasti lonkkaproteesien ja muiden kantavien ortopedisten komponenttien tekemiseen. Tällä keraamisella biomateriaalilla on erinomainen kulutuskestävyys, kemiallinen inertti huoneenlämmössä, lämpöiskun kestävyys ja erinomainen kemiallinen inertti kaikissa lämpötiloissa.
Korroosionkestävyys
Kemiallisesti inertti ja kestää korkeita lämpötiloja ja kulutusta, se tarjoaa erinomaisen suorituskyvyn verrattuna 99 alumiinioksidikeramiikka ja on myös kustannustehokkaampi.
Zirkonialla on myös vaikuttava vetolujuus, taivutus- ja elastisuusominaisuudet sekä bioyhteensopivuus – tekee siitä ihanteellisen lääketieteelliseen käyttöön, kuten lonkan tekoniveliin. Stressiolosuhteissa tapahtuvan muunnossikityksen vuoksi, zirkoniumoksidihiukkaset muuttuvat metastabiilista tetragonaalisesta muodosta monokliiniseksi, auttaa sulkemaan halkeamia tehokkaammin ja lisää samalla murtolujuutta.
CeramTec (Biolox Delta) kaupallistaa alumiinioksidi-zirkoniumoksidikomposiitin, jossa stabiloimaton zirkoniumoksidi jää tetragonaaliseen faasiin hallitsemaan tätä muutosta ja aikaansaamaan halkeaman kärjen tylsymisen ja halkeaman poikkeaman, parantaa alumiinioksidimatriisin sitkeyttä. Materiaalin zirkoniumoksidipitoisuutta voidaan muuttaa jauheen valmistus- ja tiivistystekniikoilla.
Lämpöshokin kestävyys
Primaariseen alumiinioksidimatriisiin sintrauksen aikana lisätty zirkoniumoksidi voi merkittävästi parantaa sen lujuutta ja sitkeyttä, luomalla niin sanotun ZTA:n (Zirkonia karkaistu alumiinioksidi), ylittää tavallisen alumiinioksidikeramiikan sekä mekaanisissa että kulutussovelluksissa.
Zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi tunnetaan poikkeuksellisista ominaisuuksistaan, kuten korkeasta kuumakovuudesta ja lujuudesta., kemiallinen inertti huoneenlämmössä, alhainen lämpölaajenemisnopeus ja erinomainen lämpöiskun kestävyys – ihanteelliset ominaisuudet jyrsintäkomponenteille sekä jäähdytysmekanismeja vaativille kuluville osille.
CeramTec markkinoi ZTA:ta nimeltä Biolox delta, jossa on alumiinioksidimatriisi, jossa on dispergoituja Y-TZP-hiukkasia (17 paino/paino-%) ja strontiumaluminaattiverihiutaleet (0.5 paino/paino-%), tarjoaa tehokkaan yhdistelmän tetragonaalisesta monokliiniseksi faasimuunnosmekanismeja ja halkeamanpoikkeutusmekanismeja parantaakseen sitkeyttä, mikä tekee tästä ihanteellisen primaarisiin THA-toimenpiteisiin reisiluun tukipinnoilla.
Sähköeristys
Zirkoniumoksidilla karkaistu alumiinioksidi kestää lämpöshokkia halkeilematta tai rikkoutumatta äkillisissä lämpötilan muutoksissa, sen matriisiin dispergoituneiden alumiinioksidihiukkasten ansiosta, jotka absorboivat lämpöenergiaa ja synnyttävät puristusjännitystä, jotka estävät murtumia.
Alumiinioksidi-zirkoniumoksidikeramiikka on tiheämpää kuin puhdas zirkoniumoksidi, joten se sopii erinomaisesti sähköeristyssovelluksiin. Lisäksi, sen alhaisempi lämpölaajeneminen kuin zirkonia tekee siitä sopivan jäähdytystä vaativiin osiin.
Alumiinioksidi-zirkoniumoksidikomposiittien muunnoskarkaisu tarjoaa lisäetuja; tässä, zirkoniumoksidirakeet alumiinioksidimatriisissa käyvät läpi metastabiilin vaiheen, jossa niiden rakeet muuttuvat tetragonaalisista monokliinisiksi rakenteiksi, vähentää siten jännityksen aiheuttamaa halkeilua lisäämällä kulutuskestävyyttä ja iskuja. Alumiinioksidilla karkaistu zirkoniumoksidi syntyy tyypillisesti pyroforisen reaktion kautta, johon liittyy zirkoniumia(IV) oksidioktahydraatti, Alumiininitraattinanohydraatti trietyyliamiini ja HNO3(Typpihappo); kasvavat hiukkaskoot edistävät edelleen metastabiilien zirkoniumoksidirakeiden leviämistä.