Zirconia Toughened Alumina

Zirconia toughened alumina (ZTA) ay isang advanced na ceramic na materyal na malawakang ginagamit sa mga valve seal, bushings, pump component at cutting tools dahil sa lakas at chemical stability nito – bilang ebedensya sa pamamagitan ng kakayahan nitong makatiis ng mabibigat na karga nang walang makabuluhang pagkasira.

Ipinagmamalaki ng ZTA ang kahanga-hangang thermal shock resistance at kayang tiisin ang mga biglaang pagbabago sa mga pagbabago sa temperatura, pati na rin ang mabilis na pagbabago ng temperatura. Magbasa pa para matuto pa tungkol sa mga mekanikal na katangian nito!

Katigasan

Ang Zirconia na idinagdag sa isang alumina matrix ay nagpapataas ng katigasan nito, bali toughness at flexural strength habang pinapataas ang resistensya sa pagsusuot at pagguho. Ang mekanismong kadalasang nasasangkot ay phase transformation na sinusundan ng microcrack formation ngunit maaari ring kasangkot ang mga teorya ng stress theory kung naaangkop..

Ang metastable na tetragonal zirconia ay namuo na bumubuo ng pinong dispersion sa loob ng isang alumina matrix ay maaaring sumailalim sa kusang pagbabago sa mga monoclinic form kapag ang kanilang hadlang ay inalis sa panahon ng pagpapalaganap ng crack., pagbibigay ng enerhiya laban sa mga patlang ng stress na nagtutulak sa pagpapalaganap ng crack.

Ang ZTA ceramic ay may superior fracture toughness at hardness kumpara sa iba pang oxide-based engineering ceramics, pati na rin ang dobleng lakas ng cyclic fatigue ng Y-TZP. Tulad nito, ang mga katangian nito ay ginagawa itong angkop para sa mga application na nangangailangan ng matinding wear resistance, chemical inertness at mababang friction pati na rin ang mataas na lakas at higpit.

Flexural na Lakas

Ang mga keramika ng ZTA ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pagbabago sa ratio ng yttria na nagpapatatag na zirconia (Y-TZP) sa loob ng isang alumina matrix gamit ang mainit na pagpindot sa isostatic, upang i-optimize ang hardness-fracture toughness-flexural strength combinations na nagreresulta sa walang kapantay na cyclic fatigue resistance na nalampasan ang karamihan sa mga advanced na teknikal na ceramics.

Ang metastable na Y-TZP sa isang alumina matrix ay nagreresulta sa pagbuo ng tetragonal-monoclinic transformation phase agglomerates na nagpapataas ng tibay ng bali sa pamamagitan ng phase transformation stiffening (Clausen 1976). Mas gusto ang pagtawid sa mga bitak, ang mga transition agglomerates na ito ay i-compress ang zone sa unahan ng crack front at bawasan ang pag-unlad nito, sa huli ay tumataas ang pagiging matigas ng bali.

Ang materyal na istraktura ay humantong sa paglikha ng alumina-zirconia composites tulad ng BIOLOX Delta, malawakang ginagamit para sa kabuuang pagpapalit ng balakang at iba pang bahagi ng orthopedic na nagdadala ng pagkarga. Ang ceramic biomaterial na ito ay nagtatampok ng natitirang wear resistance, chemical inertness sa temperatura ng kuwarto, thermal shock resistance at mahusay na chemical inertness sa lahat ng temperatura.

Paglaban sa Kaagnasan

Hindi gumagalaw sa kemikal at lumalaban sa mataas na temperatura at pagsusuot, nagbibigay ito ng superior performance kumpara sa 99 alumina ceramics at mas cost-effective din.

Ipinagmamalaki din ng Zirconia ang kahanga-hangang lakas ng makunat, flexural at elasticity properties at biocompatibility – ginagawa itong perpekto para sa mga medikal na gamit tulad ng pagpapalit ng balakang. Dahil sa paglakas ng pagbabago sa ilalim ng mga kondisyon ng stress, Ang mga particle ng zirconia ay nagbabago mula sa metastable na tetragonal na anyo sa monoclinic na anyo, tumutulong sa pagsasara ng mga bitak nang mas mahusay habang pinapataas ang tibay ng bali.

CeramTec (Biolox Delta) nagkokomersyal ng alumina-zirconia composite kung saan nananatili ang unstabilized zirconia sa tetragonal phase upang pamahalaan ang pagbabagong ito at magbigay ng crack tip blunting at crack deviation, pagpapabuti ng katigasan ng alumina matrix. Ang nilalaman ng zirconia ng materyal ay maaaring mabago sa pamamagitan ng paghahanda ng pulbos at mga pamamaraan ng densification.

Thermal Shock Resistance

Ang Zirconia na idinagdag sa isang pangunahing alumina matrix sa panahon ng sintering ay maaaring makabuluhang mapahusay ang lakas at tibay nito, lumilikha ng tinatawag na ZTA (Zirconia Toughened Alumina), outperforming regular alumina ceramics sa parehong mekanikal at wear application.

Ang zirconia toughened alumina ay kilala para sa mga natatanging katangian nito tulad ng mataas na init na tigas at lakas ng rapture, chemical inertness sa temperatura ng kuwarto, mababang thermal expansion rate at mahusay na thermal shock resistance – perpektong katangian para sa paggiling ng mga bahagi pati na rin ang mga bahagi ng pagsusuot na nangangailangan ng mga mekanismo ng paglamig.

Nagbebenta ang CeramTec ng ZTA na tinatawag na Biolox delta na nagtatampok ng alumina matrix na may mga dispersed Y-TZP particle (17 timbang/wt%) at strontium aluminate platelet (0.5 timbang/wt%), pagbibigay ng mabisang kumbinasyon ng mga mekanismo ng pagbabagong-anyo ng tetragonal-to-monoclinic phase at mga mekanismo ng pagpapalihis ng crack upang magbigay ng pinahusay na tibay, na ginagawa itong perpekto para sa mga pangunahing pamamaraan ng THA sa mga ibabaw ng femoral bearing.

Electrical Insulation

Ang zirconia-toughened alumina ay maaaring makatiis sa thermal shock nang walang pag-crack o pagbasag sa ilalim ng biglaang pagbabago sa temperatura, salamat sa mga dispersed alumina particle na nakakalat sa loob ng matrix nito na sumisipsip ng thermal energy at bumubuo ng compressive stresses na pumipigil sa mga bali.

Ang alumina-zirconia ceramic ay mas siksik kaysa sa purong zirconia na katapat nito, ginagawa itong perpekto para sa mga aplikasyon ng pagkakabukod ng kuryente. Higit pa rito, ang mas mababang thermal expansion nito kaysa sa zirconia ay ginagawa itong angkop para sa mga bahagi na nangangailangan ng paglamig.

Ang pagpapatibay ng pagbabagong-anyo ng mga composite ng Alumina-zirconia ay nag-aalok ng mga karagdagang pakinabang; dito, Ang mga butil ng zirconia sa isang alumina matrix ay sumasailalim sa isang metastable phase kung saan ang kanilang mga butil ay sumasailalim sa pagbabago mula sa tetragonal hanggang sa monoclinic na istruktura, kaya nababawasan ang stress-induced crack sa pamamagitan ng pagtaas ng resistensya laban sa abrasion at impact. Karaniwang nangyayari ang alumina toughened zirconia sa pamamagitan ng pyrophoric reaction na kinasasangkutan ng Zirconium(IV) oxide octahydrate, Aluminum Nitrate Nanohydrate Triethylamine at HNO3(Nitric Acid); ang pagtaas ng laki ng butil ay higit na nakakatulong sa pagpapakalat ng metastable na mga butil ng zirconia.