Alumine renforcée à la zircone pour les applications avancées
Le ZTA est un matériau composite alumine-zircone, se distingue par une résistance et une ténacité supérieures. Produit par transformation induite par la contrainte de fines particules de zircone tétragonales dans une matrice d'alumine.
Les céramiques de zircone sont des matériaux techniques remarquables, bénéficiant d'une excellente dureté, stabilité thermique, résistance à l'usure et environnements de fonctionnement où de nombreuses autres céramiques ne peuvent pas fonctionner. Les métaux et les plastiques ne peuvent tout simplement pas être comparés. En outre, les céramiques de zircone présentent également une dureté exceptionnelle pour la fabrication d'outils.
Force
ZTA se distingue parmi les matériaux céramiques par sa résistance et sa ténacité exceptionnelles, résistance à l'usure, inertie chimique, faible coefficient de frottement, rapport dureté/rigidité élevé et coefficient de dilatation thermique relativement faible par rapport à la plupart des autres – ce qui en fait un matériau idéal pour des applications telles que les outils de coupe. En outre, sa biocompatibilité fait également du ZTA un choix de matériau attractif.
ZTA est défini par sa distribution très uniforme de particules de zircone tétragonales au sein d'une matrice d'alumine.. Ceci est accompli en utilisant des techniques de mélange sophistiquées telles que le broyage à boulets et le broyage par attrition à haute énergie.; une fois mélangées, les poudres peuvent ensuite être transformées en leur composant prévu par pressage à sec, pressage isostatique, techniques de moulage par injection ou d'extrusion.
La zircone dispersée dans une matrice d'alumine améliore la ténacité à la rupture en absorbant et en dissipant l'énergie des fissures., connu sous le nom de durcissement par transformation. La zircone contribue également à la résistance à l'usure en produisant des contraintes de compression qui empêchent la propagation des fissures. – connu sous le nom d'auto-affûtage – faisant du ZTA un excellent choix de matériau pour les meules.
Dureté
Alumine trempée à la zircone (ZTA) les céramiques offrent une résistance et une ténacité impressionnantes, ce qui les rend parfaits pour une utilisation dans une gamme d'applications et d'environnements. Cette résilience remarquable provient de la transformation de phase induite par le stress des particules fines., particules de zircone tétragonales uniformément dispersées dans une matrice d'alumine; la contrainte induit une transformation de phase pour produire des réseaux de microfissures de zircone-alumine qui absorbent l'énergie de propagation des fissures, retardant efficacement leur propagation tout en augmentant la résistance à la rupture (Clausen 1976).
ZTA se distingue par sa résistance exceptionnelle aux chocs thermiques. Grâce à sa combinaison unique de composition de phase tétragonale-monoclinique, cette céramique peut résister à des changements rapides de température sans se fissurer ni se casser, tandis que la transformation induite par la contrainte de la zircone en sa forme tétragonale métastable génère des contraintes de compression qui s'opposent à la formation de fissures dans sa matrice d'alumine et augmentent considérablement la ténacité, augmentant ainsi encore les performances du ZTA..
ZTA ne se vante pas seulement de sa forte, structure tétragonale-monoclinique et haute ténacité à la rupture, mais aussi un faible coefficient de dilatation thermique (CTE), ce qui le rend adapté aux applications nécessitant des températures extrêmes ou des environnements où la stabilité dimensionnelle est cruciale, tels que des composants de précision ou des boîtiers électroniques.
Le ZTA se distingue parmi les matériaux d'implants médicaux grâce à sa combinaison de résistance chimique, propriétés mécaniques et résistance à la corrosion assistée par contrainte dans l'eau ou les fluides corporels, ce qui en fait un candidat de choix pour les implants médicaux tels que les têtes fémorales orthopédiques et les revêtements acétabulaires. Le biomatériau BioLOX Delta en est un exemple.; largement utilisé lors des chirurgies orthopédiques pour les deux applications.
Résistance à la corrosion
ZTA possède des propriétés supérieures à la fois de l'alumine et de la zircone, ce qui le rend très résistant aux attaques chimiques et à l'usure, ce qui le rend parfait pour les applications impliquant des environnements sujets à la corrosion ou des frottements répétitifs ou des contraintes mécaniques.
La combinaison de la dureté de l'alumine avec la ténacité de la zircone permet d'obtenir d'excellentes propriétés tribologiques qui assurent une excellente résistance à l'usure dans les composants soumis à de lourdes charges et à une utilisation à long terme., comme les implants orthopédiques, outils de coupe et composants résistants à l'usure utilisés dans la gestion des fluides (guides-fils, roulements, buses, etc.). Cette combinaison est particulièrement applicable dans les contextes médicaux et industriels comme les implants orthopédiques, outils de coupe ou gestion des fluides (guides-fils roulements buses etc.).
La ténacité améliorée du ZTA peut être attribuée à ses particules de zircone finement réparties dans sa matrice d'alumine.. Quand les fissures commencent à se propager, lorsque leur énergie augmente et se propage plus loin, ces grains de zircone tétragonaux subissent une transformation de phase pour l'absorber et la dissiper dans le cadre d'un mécanisme de durcissement par transformation – améliorant ainsi la ténacité à la rupture de ce matériau.
Le succès dans la fabrication de la céramique ZTA réside dans l'utilisation de poudres de zircone et d'alumine de première qualité, exemptes d'impuretés.. Le frittage doit être contrôlé pour éviter la transformation spontanée de la zircone tétragonale en zircone monoclinique pendant le refroidissement et pour minimiser la formation de phase monoclinique métastable susceptible d'être chimisorbée par des molécules d'eau, ce qui entraîne une dégradation à basse température lors d'une utilisation à long terme.; Le procédé de frittage de la céramique ZTA de Saint-Gobain ZirPro a été spécialement créé pour éviter de tels phénomènes indésirables. Heureusement, la céramique ZTA de Saint-Gobain ZirPro ceramic est spécialement conçue pour empêcher de tels phénomènes de se produire. –
Stabilité thermique
Alumine trempée à la zircone (ZTA) peut résister à des changements rapides de température sans se fissurer ou se casser, grâce aux particules de zircone dispersées dans une matrice d'alumine absorbant l'énergie thermique et créant des contraintes de compression qui empêchent les fissures et les ruptures. Parce que ZTA absorbe l'énergie thermique de manière si efficace, ce matériau constitue un excellent choix pour les applications qui exigent une résistance aux températures élevées.
L'ajout de zircone à une matrice d'alumine peut augmenter la ténacité tout en améliorant simultanément les propriétés mécaniques telles que la résistance et la résistance à l'usure.. La ténacité accrue dans le ZTA est attribuable à la transformation induite par la contrainte de la phase tétragonale métastable à la phase monoclinique à température ambiante.; un effet amplifié par des granulométries de zircone plus petites que celles de l'alumine.
Les stabilisants sont fréquemment utilisés pour préserver la phase tétragonale de zircone dans les matériaux ZTA tels que Biolox Delta.; cependant, des résultats similaires peuvent être obtenus sans stabilisants en termes de répartition des particules et de ténacité.
Une combinaison d'alumine et de zircone crée une céramique avancée qui excelle en termes de résistance., ténacité à la rupture, élasticité et dureté – caractéristiques essentielles aux applications nécessitant des performances structurelles et une résistance à la corrosion. Les céramiques ZTA ont tendance à surperformer 99% les céramiques d'alumine sont rentables tout en répondant plus efficacement aux besoins d'applications spécifiques; leur rapport peut même être adapté spécifiquement.