Alúmina endurecida con circonio para aplicacións avanzadas

ZTA é un material composto de alúmina e circonio, distínguese por unha resistencia e dureza superiores. Producido mediante a transformación inducida por estrés de finas partículas de circonio tetragonal nunha matriz de alúmina.

A cerámica de circonio son materiais técnicos notables, con excelente dureza, estabilidade térmica, resistencia ao desgaste e ambientes operativos onde moitas outras cerámicas non poden funcionar. Os metais e os plásticos simplemente non poden compararse. Ademais, a cerámica de circonio tamén presenta unha dureza excepcional para facer ferramentas.

Forza

ZTA destaca entre os materiais cerámicos pola súa excepcional resistencia e tenacidade, resistencia ao desgaste, inercia química, baixo coeficiente de fricción, alta relación dureza/rixidez e coeficiente de expansión térmica relativamente baixo en comparación coa maioría dos outros – converténdoo nun material ideal para aplicacións como ferramentas de corte. Ademais, a súa biocompatibilidade tamén fai que ZTA sexa unha opción de material atractiva.

ZTA defínese pola súa distribución altamente uniforme de partículas de circonio tetragonal dentro dunha matriz de alúmina. Isto conséguese mediante técnicas de mestura sofisticadas, como a moenda de bolas e a moenda de alta enerxía; unha vez mesturados, os po pódense formar no seu compoñente previsto mediante prensado en seco, prensado isostático, técnicas de moldeo por inyección o extrusión.

O zirconio disperso por unha matriz de alúmina mellora a tenacidade á fractura ao absorber e disipar a enerxía da fisura., coñecido como transformación endurecemento. O zirconio tamén contribúe á resistencia ao desgaste producindo tensións de compresión que impiden a propagación das fisuras – coñecido como autoafiado – facendo de ZTA unha excelente elección de material para moas.

Dureza

Alúmina endurecida con circonio (ZTA) a cerámica posúe unha impresionante resistencia e tenacidade á fractura, converténdoos en perfectos para o seu uso nunha variedade de aplicacións e ambientes. Esta notable resistencia provén da transformación de fase inducida polo estrés da fina, partículas de circonio tetragonal uniformemente dispersas dentro dunha matriz de alúmina; O estrés induce a transformación de fase para producir redes de microfisuras de circonio-alúmina que absorben a enerxía da propagación das fisuras retardando de forma efectiva a súa propagación ao tempo que aumentan a resistencia á fractura. (Clausen 1976).

ZTA destaca pola súa excelente resistencia ao choque térmico. Grazas á súa combinación única de composición de fase tetragonal-monoclínica, esta cerámica pode soportar cambios rápidos de temperatura sen rachar nin romper, mentres que a transformación inducida polo estrés do zirconio na súa forma tetragonal metaestable xera tensións de compresión que contrarrestan a formación de fendas na súa matriz de alúmina e aumentan significativamente a dureza, aumentando así aínda máis o rendemento de ZTA..

ZTA non só presume do seu forte, estrutura tetragonal-monoclínica e alta tenacidade á fractura, pero tamén un baixo coeficiente de dilatación térmica (CTE), facéndoo axeitado para aplicacións que requiren temperaturas extremas ou ambientes onde a estabilidade dimensional é fundamental, como compoñentes de precisión ou paquetes electrónicos.

ZTA destaca entre os materiais de implantes médicos pola súa combinación de resistencia química, propiedades mecánicas e resistencia á corrosión asistida por estrés en auga ou fluídos corporais, converténdoo nun candidato ideal para implantes médicos como cabezas femorales ortopédicas e revestimentos acetabulares. O biomaterial BioLOX Delta é un destes exemplos; usado extensamente durante as cirurxías ortopédicas para ambas aplicacións.

Resistencia á corrosión

ZTA posúe propiedades superiores tanto de alúmina como de circonio, facéndoo altamente resistente tanto ao ataque químico como ao desgaste, o fai perfecto para aplicacións que impliquen ambientes propensos á corrosión ou fricción repetitiva ou tensión mecánica.

A combinación da dureza da alúmina coa dureza do zirconio dá como resultado excelentes propiedades tribolóxicas que permiten unha excelente resistencia ao desgaste en compoñentes con cargas pesadas e uso a longo prazo., como implantes ortopédicos, ferramentas de corte e compoñentes resistentes ao desgaste utilizados na xestión de fluídos (guías de fíos, rodamentos, boquillas etc). Esta combinación é especialmente aplicable en ámbitos médicos e industriais como implantes ortopédicos, ferramentas de corte ou xestión de fluídos (guías de rosca, rodamentos, boquillas, etc).

A resistencia á fractura mellorada de ZTA pódese atribuír ás súas partículas de circonio finamente distribuídas na súa matriz de alúmina. Cando comezan a propagarse as fendas, cando a súa enerxía aumenta e se propaga máis, estes grans de zirconio tetragonais experimentan transformación de fase para absorbelo e disipalo como parte dun mecanismo de endurecemento de transformación. – polo tanto, mellorando a tenacidade á fractura deste material.

O éxito na fabricación de cerámica ZTA reside no uso de po de circonio e alúmina de calidade superior sen impurezas.. A sinterización debe controlarse para evitar a transformación espontánea de circonio tetragonal a monoclínico durante o arrefriamento e para minimizar a formación de fase monoclínica metaestable que é susceptible de quimisorción con moléculas de auga que leva a degradación a baixa temperatura durante o uso a longo prazo.; O proceso de sinterización da cerámica ZTA de Saint-Gobain ZirPro foi creado específicamente para evitar estes fenómenos indeseables. Afortunadamente, a cerámica ZTA de Saint-Gobain ZirPro está deseñada especificamente para evitar que se produzan tales fenómenos. –

Estabilidade térmica

Alúmina endurecida con circonio (ZTA) pode soportar cambios rápidos de temperatura sen rachar nin romper, grazas ás partículas de zirconio dispersas dentro dunha matriz de alúmina que absorben a enerxía térmica e crean tensións de compresión que evitan a fisuración e a falla.. Because ZTA absorbs thermal energy so effectively, this material makes an excellent choice for applications which demand high-temperature resistance.

Addition of zirconia to an alumina matrix can increase fracture toughness while simultaneously improving mechanical properties like strength and wear resistance. The increased fracture toughness in ZTA is attributable to stress-induced transformation from metastable tetragonal phase to monoclinic phase at ambient temperatures; an effect amplified by smaller zirconia grain sizes than those in alumina.

Stabilizers are frequently employed to preserve the tetragonal zirconia phase in ZTA materials such as Biolox Delta; con todo, similar results can be achieved without stabilizers in terms of particle distribution and fracture toughness.

Unha combinación de alúmina e circonio crea unha cerámica avanzada que sobresae en forza, tenacidade á fractura, elasticidade e dureza – características esenciais para aplicacións que requiren un rendemento estrutural e resistencia á corrosión. A cerámica ZTA tende a superar 99% cerámicas de alúmina ao ser rendibles e satisfacer as necesidades específicas de aplicacións de forma máis eficiente; a súa proporción pode incluso ser adaptada específicamente.