Edistyksellinen sitkeys teollisiin sovelluksiin
Zirkonia karkaistu alumiinioksidi (ZTA) keraamiset komponentit yhdistävät alumiinioksidin kovuuden ja lujuuden zirkoniumoksidin erinomaiseen murtolujuuteen, mikä takaa suorituskyvyn ja pitkäikäisyyden teollisiin sovelluksiin.
Alumiinioksidimatriisiin upotettujen hienojen tetragonaalisten zirkoniumoksidihiukkasten stressin aiheuttama muutos johtaa ZTA-materiaaleihin, joilla on ylivoimainen lujuus ja sitkeys, sopii käytettäväksi erilaisissa ankarissa ympäristöissä.
Kovuus
ZTA-materiaaleissa yhdistyvät alumiinioksidin kovuus ja zirkoniumoksidin sitkeys, mikä takaa vertaansa vailla olevan kulutus- ja hankauskestävyyden. Tämä vaikutus on tehty mahdolliseksi stressin aiheuttaman transformaatiokarkaisun ansiosta: kun stressaantuu, zirkoniumoksidihiukkaset siirtyvät metastabiilista tetragonaalisesta faasistaan stabiiliin monokliiniseen muotoon; tämän rakennemuutoksen aiheuttama tilavuuden laajeneminen auttaa sulkemaan alumiinioksidimatriisin halkeamia ja lisäämään sitkeyttä merkittävästi.
ZTA sisältää zirkoniumoksidihiutaleita, jotka ydintyvät alumiinioksidimatriisiin sintrauksen aikana, parantaa murtolujuutta ja lujuutta samalla kun lisää murtolujuutta, luo materiaali, jolla on suurempi taivutuslujuus kuin Y-TZP ja jopa kaksinkertainen sen syklinen väsymislujuus. Tämä alumiinioksidin sitkeyden ja zirkoniumoksidin lujuuden yhdistelmä tekee ZTA:sta erinomaisen materiaalivalinnan teollisiin sovelluksiin, jotka vaativat vaurioiden kestävyyttä.
Kestävyys
Zirkonia karkaistu alumiinioksidi (ZTA) tarjoaa erinomaiset taivutus- ja puristuslujuudet, alhainen lämpölaajeneminen vastaa alumiinioksidia ja erinomaiset kulutuskestävyysominaisuudet.
Zirkoniumoksidikarkaistu alumiinioksidi luodaan lisäämällä tetragonaalisia zirkoniumoksidirakeita jännityksen aiheuttaman muunnoksen kautta kovaan alumiinioksidimatriisiin, sulkemalla ne osaksi rakennettaan ja rajoittamalla niiden muuttumista paikallisille alueille sen sijaan, että ne leviäisivät kaikkialle.
Tämä mekanismi tekee alumiinioksidi-zirkoniumoksidikomposiiteista paljon kestävämpiä kuin monoliittiset zirkoniumoksidit, koska ne kestävät veden imeytymistä kemisorption kautta.; monoliittinen zirkoniumoksidi voi absorboida polaarisia vesimolekyylejä, jotka johtavat alhaisen lämpötilan hajoamiseen ja lopulta hajoamiseen pitkäaikaisen käytön jälkeen.
ZTA, toisaalta, on erityisesti suunniteltu helpottamaan tätä tetragonaalisesta monokliiniseksi muuntumista rakenteellisten ominaisuuksien ja kemiallisten lisäaineiden avulla. CeramTec markkinoi Biolox Delta ZTA:ta esimerkkinä; tämä formulaatio sisältää yttriaa ja strontiumaluminaattia, joka helpottaa sen zirkoniumoksidifaasin sitkeytysmekanismeja, ja siksi sillä on pienempi riski alhaisten lämpötilojen hajoamisesta samalla kun se kestää korkeita lämpötiloja.
Korroosionkestävyys
ZTA-keramiikka tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden alumiinioksidiin verrattuna, ja siksi niitä voidaan käyttää laitteissa, jotka ovat alttiina ankarille ympäristöille.. Lisäksi, ZTA kestää korkeampia lämpötiloja ja tarjoaa paremman kemiallisen stabiilisuuden.
Garvie et ai (1975) osoitti, että lisäys 10-20% stabiloimaton zirkoniumoksidi voi parantaa huomattavasti sitkeyttä verrattuna alumiinioksidiin, muodonmuutoskiristyksen kautta. Tämä prosessi tapahtuu, kun hienojakoiset tetragonaaliset metastabiilit sakat muuttuvat monokliinisiksi zirkoniumoksidiksi jännityksen alaisena aiheuttaen tilavuuden laajenemista, joka puristaa halkeamia ja hidastaa tai pysäyttää niiden etenemisen.
Tämä mekanismi muistuttaa muodonmuutosten aiheuttamia jännityksiä; kuitenkin, aiheuttaakseen vaihemuutoksia jännityskentän on oltava riittävän suuri; ZTA-näytteiden halkeamien osalta tämä energia tulee murtumiskohdissa taivutusjännityksistä.
Lämmönkestävyys
Zirkonia Toughened Alumina tarjoaa poikkeuksellisen korkean sulamispisteen ja korroosionkestävyyden, joten se on ihanteellinen materiaali laitteille, jotka altistuvat usein korkeille lämpötiloille. Lisäksi, tällä versiolla on suurempi kitkankestävyys kuin tavallisella alumiinioksidilla, auttaa vähentämään korkeammalle kineettiselle energialle altistuneiden laitteiden kulumista.
ZTA-keramiikka syntyy tetragonaalisten zirkoniumoksidihiukkasten stressin aiheuttaman muuntamisen avulla alumiinioksidimatriisiksi, luomalla niihin puristusjännityksiä, jotka estävät halkeaman leviämisen, lisää sekä lujuutta että sitkeyttä ja tarjoaa lämpöiskun kestävyyden ilman murtumia tai halkeamia. Niillä on erinomainen lämpöiskun kestävyys; kestää nopeita lämpötilan muutoksia ilman murtumista tai halkeilua jännityksen alaisena.
Zirkoniumoksidilla karkaistulla alumiinioksidilla on monia käyttötarkoituksia useilla teollisuudenaloilla sen laajan ominaisuuksien ansiosta. Konetekniikka käyttää sitä pumppukomponenteissa ja tiivisteissä; puolijohdeprosessointi hyödyntää sitä sen lämpöstabiilisuuden ja lujuuden vuoksi; ilmailu, auto- ja energiateollisuus hyödyntää sitä moottorin osina sen korroosionkestävyyden ja kovien kemikaalien vuoksi; se kestää jopa hammasimplanttien suuria taivutuslujuuksia!