Robustesse avancée pour les applications industrielles
Alumine trempée à la zircone (ZTA) les composants en céramique combinent la dureté et la résistance de l'alumine avec la ténacité supérieure de la zircone pour offrir performances et longévité pour les applications industrielles..
La transformation induite par la contrainte de fines particules de zircone tétragonales intégrées dans une matrice d'alumine conduit à des matériaux ZTA dotés d'une résistance et d'une ténacité supérieures., adapté à une utilisation dans divers environnements difficiles.
Dureté
Les matériaux ZTA combinent la dureté de l'alumine avec la ténacité de la zircone pour une résistance inégalée à l'usure et à l'abrasion.. Cet effet est rendu possible grâce au durcissement par transformation induit par la contrainte.: quand on est stressé, les particules de zircone passent de leur phase tétragonale métastable à une forme monoclinique stable; l'expansion du volume provoquée par ce changement structurel aide à fermer les fissures dans une matrice d'alumine et à augmenter considérablement la ténacité.
Le ZTA contient des plaquettes de zircone qui se nucléent dans une matrice d'alumine lors du frittage, améliorer la ténacité et la résistance à la rupture tout en augmentant la ténacité à la rupture, créant un matériau avec une plus grande résistance à la flexion que le Y-TZP et jusqu'à deux fois sa résistance à la fatigue cyclique. Cette combinaison de ténacité de l'alumine et de résistance de la zircone fait du ZTA un excellent choix de matériau pour les applications industrielles nécessitant une résistance aux dommages..
Durabilité
Alumine trempée à la zircone (ZTA) possède des résistances exceptionnelles à la flexion et à la compression, avec une faible dilatation thermique équivalente à celle de l'alumine et des propriétés exceptionnelles de résistance à l'usure.
L'alumine renforcée à la zircone est créée en ajoutant des grains de zircone tétragonaux via une transformation induite par la contrainte à une matrice d'alumine dure, les enfermant dans sa structure tout en limitant leur transformation aux zones locales au lieu de se propager partout.
Ce mécanisme rend les composites alumine-zircone beaucoup plus durables que la zircone monolithique en raison de leur résistance à l'absorption d'eau par chimisorption.; la zircone monolithique peut absorber les molécules d'eau polaires, ce qui entraîne une dégradation à basse température et éventuellement une panne après une utilisation à long terme.
ZTA, d'autre part, est spécialement conçu pour faciliter cette transformation tétragonale en monoclinique grâce à des caractéristiques structurelles et des additifs chimiques. CeramTec commercialise le Biolox Delta ZTA à titre d'exemple; cette formulation contient de l'aluminate d'yttrium et de strontium pour faciliter les mécanismes de durcissement au sein de sa phase zircone et présente par conséquent moins de risque de dégradation à basse température tout en résistant aux environnements à haute température.
Résistance à la corrosion
Les céramiques ZTA offrent une résistance à la corrosion supérieure à leurs homologues en alumine et peuvent donc être utilisées dans des équipements soumis à des environnements difficiles.. En outre, Le ZTA peut résister à des températures plus élevées tout en offrant une plus grande stabilité chimique.
Garvie et al (1975) démontré que l'ajout 10-20% la zircone non stabilisée peut améliorer considérablement la ténacité par rapport à l'alumine, par le renforcement de la transformation. Ce processus se produit lorsque des précipités métastables tétragonaux finement dispersés se transforment en zircone monoclinique sous contrainte, provoquant une expansion de volume qui comprime les fissures et ralentit ou arrête leur propagation..
Ce mécanisme ressemble à celui des contraintes induites par la déformation; cependant, pour provoquer des changements de phase, le champ de contraintes doit être suffisamment grand; pour les fissures dans les éprouvettes ZTA, cette énergie provient des contraintes de flexion au niveau des sites de fracture.
Résistance à la chaleur
L'alumine trempée à base de zircone présente un point de fusion et une résistance à la corrosion exceptionnellement élevés., ce qui en fait le matériau idéal pour les équipements fréquemment exposés à des températures élevées. En outre, cette variante a une plus grande résistance au frottement que l'alumine standard, contribuant à réduire l'usure des équipements exposés à des niveaux plus élevés d'énergie cinétique.
Les céramiques ZTA sont créées par transformation induite par la contrainte de particules de zircone tétragonales en une matrice d'alumine., créant des contraintes de compression en leur sein qui empêchent la propagation des fissures, augmentant à la fois la résistance et la ténacité tout en offrant une résistance aux chocs thermiques sans fracture ni fissuration. Ils offrent une excellente résistance aux chocs thermiques; résister aux changements rapides de température sans fracture ni fissuration sous contrainte.
L'alumine renforcée à la zircone a de nombreuses utilisations dans de multiples industries en raison de son vaste ensemble de propriétés. L'ingénierie mécanique l'utilise pour les composants et les joints de pompes; le traitement des semi-conducteurs l'utilise en raison de sa stabilité thermique et de sa résistance; aérospatial, les industries de l'automobile et de l'énergie l'utilisent comme pièces de moteur en raison de sa résistance à la corrosion et aux produits chimiques agressifs.; il peut même résister à des résistances à la flexion élevées pour les implants dentaires!