Alumine trempée à la zircone – Une force améliorée pour l’excellence industrielle
Alumine trempée à la zircone (ZTA) est une céramique exceptionnelle, se distingue par une ténacité et une résistance à la rupture élevées grâce aux particules de zircone stabilisées à l'yttria dispersées dans une matrice d'alumine.
Ce matériau peut résister à des changements rapides de température sans se fissurer ni se casser, résiste à la corrosion chimique et offre une excellente résistance aux chocs thermiques.
Excellente résistance à la corrosion
Les céramiques ZTA offrent un équilibre idéal entre résistance et valeur, étant plus résistant que les produits à base d'alumine mais moins coûteux que la zircone pure. Leurs propriétés mécaniques – ténacité à la rupture, résistance à la flexion et dureté ainsi que résistance aux chocs thermiques – les rendre adaptés à la fabrication d'outils industriels comme les meules de coupe.
Le ZTA obtient ses propriétés supérieures grâce à l'ajout de zircone stabilisée à l'yttria (YSZ) particules dans une matrice d'alumine. Lorsqu'il est dispersé uniformément dans, YSZ aide à optimiser à la fois la dureté-ténacité et la résistance à la traction des deux éléments, ce qui se traduit par une résistance à l'usure exceptionnelle., inertie chimique à température ambiante et propriétés de dureté/résistance à la rupture à chaud pour un matériau céramique exceptionnel.
Produits ZTA’ les propriétés mécaniques dépendent fortement de leurs itinéraires de traitement pour produire des poudres, y compris les traitements thermiques, méthodes de calcination, techniques de séchage et processus de frittage ainsi qu'une mise en forme sur mesure avec des additifs ajoutés pendant la production. Tous ces facteurs ont un effet immédiat sur leur force, propriétés d'élasticité et de dureté.
Excellente résistance aux chocs thermiques
La céramique ZTA offre une excellente résistance aux chocs thermiques, ce qui en fait un excellent choix pour les applications aérospatiales qui exigent des niveaux élevés de résistance, dureté, et inertie chimique. Lorsqu'il est dispersé uniformément dans une matrice d'alumine, le YSZ peut être optimisé. L'une de ces céramiques de zircone-alumine renforcée par transformation que nous proposons est BIOLOX delta qui peut être utilisée pour les composants orthopédiques porteurs comme les arthroplasties de la hanche..
La transformation induite par la contrainte d'une structure tétragonale métastable à une structure monoclinique de YSZ produit une expansion de volume et une déformation de cisaillement qui contrecarrent la propagation des fissures, augmenter la ténacité à la rupture tout en améliorant simultanément la résistance à la flexion. Les performances d'une telle céramique renforcée par transformation alumine-YSZ dépendent des conditions de traitement ainsi que de sa stœchiométrie des oxydes constitutifs dans le processus de frittage..
Des conditions de frittage mal contrôlées peuvent entraîner une faible résistance à la flexion et une mauvaise homogénéité d'une matrice alumine-YSZ, potentiellement dû à l'emprisonnement d'air ou à l'agglomération de particules. En ajoutant des additifs tels que des oxydes d'yttrium ou de magnésium, on peut réduire la température de transformation tétragonale à monoclinique et améliorer les propriétés de frittage de la zircone.
Excellente résistance à l'usure
ZTA excelle non seulement en termes de résistance aux chocs thermiques et à la corrosion, mais il est également très résistant à l'usure grâce à son mécanisme d'enveloppement de transformation de phase tétragonale-monclinique. En outre, des études in vitro ont révélé que les composants du ZTA sont moins sujets à la dégradation hydrothermale – quelque chose d'une importance majeure dans la céramique de la tête fémorale et de la cupule pour arthroplastie de la hanche (comme BIOLOX delta produit par CeramTec).
Des tests d'usure simulés effectués sur des composants ZTA en matériaux composites alumine-zircone ont produit des résultats impressionnants en termes de résistance à l'usure., résistance à la flexion et dureté. Les échantillons de ZTA exposés à plusieurs cycles dans le simulateur de hanche ont montré une dégradation minime avec une rugosité de surface nettement inférieure à celle des composants en zircone monolithique..
Les composants ZTA se sont révélés adaptés aux applications exigeantes de la construction automobile (outillage de formage à chaud et à froid, rouleaux et cabestans pour fermeture de boîtes); industrie de l'énergie (roulements, inserts d'orifice et détecteurs de vortex); transformation des aliments (pièces de pompe d'homogénéisation); et industrie de l'énergie. Leurs propriétés mécaniques dépendent de nombreuses variables: voies de préparation utilisées pour préparer les poudres; méthodes de séchage utilisées lors de la calcination; techniques de mise en forme adoptées lors des techniques de frittage; mise en forme sur mesure; additifs ajoutés et répartition granulométrique entre autres.
Excellente résistance
Les céramiques ZTA utilisent une transformation induite par la contrainte pour intégrer la zircone dans une matrice d'alumine, augmentant la résistance et la durabilité au fil du temps. Cela fait du ZTA une excellente solution céramique pour les applications industrielles nécessitant de la ténacité., haute résistance à la corrosion, tolérance aux chocs thermiques et tolérance aux chocs thermiques.
Sous tension, les précipités métastables tétragonaux dans l'alumine cubique subissent une transformation abrupte en particules monocliniques qui augmentent sa ténacité à la rupture en créant des couches superficielles compressives qui adhèrent aux fissures de sa matrice.
La trempe par transformation est un phénomène connu sous le nom de trempe à la rupture., dans lequel une ténacité accrue de l'alumine entraîne une longueur de fissure plus courte, moins d'émoussement des fissures, et des interactions améliorées avec les microfissures préexistantes. Cela permet des combinaisons de roulements dur sur dur et dur sur mou qui sont utilisées dans les céramiques modernes de qualité médicale telles que les arthroplasties de la hanche.. En outre, Les implants en zircone stabilisée à l'yttrium connus sous le nom de y-TZP offrent une protection contre l'usure au fil du temps..