אלומינה מוקשחת זירקוניה הוכיחה את תכונותיה המכניות המעולות בהשוואה לזירקוניה מונוליטית, כולל קשיחות שבר וחוזק כיפוף. היציבות של ZTA נובעת משלב המטריצה שלו שמגן ומגביל את השינוי של גרגרי זירקוניה טטראגונליים, עוזרים לו לעמוד בהידרדרות בתנאים הידרותרמיים in vivo.
חוזק כפיפה
על ידי הוספת זירקוניה לקרמיקת אלומינה, נוצרת אלומינה קשוחה בזירקוניה. חומר זה כולל חוזק כיפוף מעולה ועמידות מכנית במצבים הדורשים זאת, וכן עמיד בפני קורוזיה כימית וכן חשיפה לנוזלי גוף.
אלומינה מחוסמת זירקוניה יכולה לעמוד בתנודות מהירות בטמפרטורה בשל חלקיקי הזירקוניה המפוזרים בתוך מטריצת אלומינה הסופגת אנרגיה תרמית ויוצרות מתחי דחיסה למניעת סדקים, מה שהופך אותו מתאים לשימוש ביישומים תעשייתיים שונים כגון רכיבי תנורים ומנועי טורבינת קיטור.
קרמיקה מרוכבת זו משלבת את האיכויות המרשימות של אלומינה וזירקוניה כדי לספק חוזק נוסף ועמידות בפני זעזועים תרמיים, עם קשיות מעולה, חוזק כיפוף, קשיחות שברים ועמידות בלאי שעולים 99% אלומינה טהורה מבחינת קשיות, קשיחות ועמידות בפני שחיקה.
קשיחות שבר
זירקוניה משפרת את קשיחות השבר של קרמיקת אלומינה באמצעות הקשחת טרנספורמציה. כאשר מכה, זירקוניה מייצבת איטריום מט-יציבה הופכת למבני גביש מונוקליניים המייצרים מתח לחיצה המונע התפשטות סדק.
אלומינה מוקשחת זירקוניה היא חומר אידיאלי ליצירת כלי חיתוך בשל קשיותו, יציבות תרמית ועמידות בפני חיכוך. יֶתֶר עַל כֵּן, התכונות המכניות המעולות שלו תורמות באופן משמעותי לעמידותו ולאמינותו.
ל-ZTA המיוצר באמצעות ג'לcasting יש שילוב יוצא דופן של חוזק כיפוף, קשיחות שבר, תאימות ביולוגית ועמידות בחום/קורוזיה שהופכות אותו למתאים לניתוח החלפת מפרק הירך. באמצעות תהליכי יציקת ג'ל ניתן גם להתאים את הפרמטרים של קשיות-שבר-קשיחות-חוזק-כפיפה על-ידי שינוי רמות העמסת מוצק תרחיץ., עובי עובש או פרמטרים של טמפרטורת סינטר כדי למקסם את התוצאות.
עקומות מתח-מתח
חומר אלומינה מוקשחת זירקוניה מתגאה בחוזק מעולה ועמידות בפני שחיקה, כמו גם קשיחות יוצאת דופן לתמיכה בעומסים כבדים מבלי להתעוות בלחץ. יֶתֶר עַל כֵּן, הוא מתהדר בעמידות בפני זעזועים תרמיים מעולה המאפשרת לו לסבול תנודות פתאומיות בטמפרטורה מבלי לסבול מהשפלה.
תכולת זירקוניה מעל גבול מסוים מגבירה את פירוק ההזדקנות באמצעות סדקים מיקרוניים שנוצרו במהלך הקירור לאחר סינטר המשמשים כדרכים מועדפים לחדירת מים לחומר קרמי, מה שמוביל ליצירת סדקים מיקרו במהלך הקירור המשמשים כנתיבים מועדפים לכניסה והתפשטות לתוכו. לעומת זאת, כאשר מתחת לסף זה חלקיקי הזירקוניה עוברים טרנספורמציה הנגרמת על ידי מתח משלב טטראגונל לשלב מונוקליני אשר מפחית את פירוק ההזדקנות.
חוזק מתיחה
אלומינה מוקשחת זירקוניה היא חומר קשיח ועמיד עם עמידות בפני שחיקה ותכונות יציבות תרמית מעולה, מה שהופך אותו מתאים לרכיבים הדורשים קירור. בְּנוֹסַף, משטחים יציבים תרמית כמו זה מספקים שליטה תרמית כמו גם התנגדות חיכוך מה שהופך אותם לבחירת החומר האידיאלית.
תחת לחץ, ZTA עוברת טרנספורמציה של פאזה מטטראגונלית למונוקלינית המונעת התפשטות הסדקים ומגבירה את קשיחות השבר, אבל כמה מחקרים מצביעים על כך שהגדלת זירקוניה לא מיוצבת מובילה לחוזק מתיחה מופחת.
קרמיקה של ZTA מכילה בדרך כלל 10%-20% זירקוניה, מה שמאפשר להתאים אותו באופן ספציפי לכל אפליקציה. ZTA תואם ביולוגי, עמיד בטמפרטורה, עמיד בפני קורוזיה, קשיח מספיק כדי לעמוד בלחץ, חלופה חסכונית לקרמיקת זירקוניה טהורה ויכולה לעמוד בטמפרטורות גבוהות ללא השפלה. יצרני אטמי שסתומים בוחרים בו בדרך כלל בשל יכולת ההתנגדות שלו בפני קורוזיה ואחיזה בלחץ – כל האיכויות אידיאליות ליישומי אטם שסתומים.
חוזק השפעה
אלומינה מוקשחת זירקוניה היא עמידה בפני קורוזיה ובעלת חוזק מכני יוצא דופן, מה שהופך אותם למתאימים ליישומים הדורשים קשיות וקשיחות בו זמנית. יֶתֶר עַל כֵּן, ZTA מציעה חיסכון בעלויות על פני קרמיקה זירקוניה טהורה.
שילוב של אלומינה וזירקוניה יוצר קרמיקה בעלת חוזק כיפוף גבוה יותר, קשיחות שבר, ועמידות בפני שחיקה מאשר אלומינה טהורה. זה יכול לעמוד בעומסים ובמכות גבוהות יותר ולעתים קרובות משמש כשדרוג על אלומינה סטנדרטית בעיצובים הדורשים תכונות נוספות.
הקשחת טרנספורמציה אחראית לחוזק המוגבר הזה; בתנאי לחץ, חלקיקי זירקוניה משתנים מצורתם הטטראגונלית למונוקלינית ומתרחבים, דחיסת סדקים במטריצת אלומינה ובכך מובילה לחוזק כיפוף גבוה יותר מאשר YSZ (איורים 6ג ו-ד).
עמידות בפני קורוזיה
השילוב של ZTA קרמיקה של אלומינה וזירקוניה מספק עמידות מעולה בפני קורוזיה בהשוואה לטהור 99% חומרי אלומינה בלבד, ויש לו קשיות מעולה, קשיחות שבר, חוזק כיפוף, ותכונות קשיות מאשר מתחרותיה.
ZTA מציגה עמידות בפני שחיקה ושחיקה יוצאת מן הכלל ותאימות כימית, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור יישומים תעשייתיים הדורשים עמידות מכנית גבוהה. יֶתֶר עַל כֵּן, השילוב של החומרים מתהדר בעמידות בפני זעזועים תרמיים מעולה המאפשר שינויי טמפרטורה מהירים מבלי להיסדק או להישבר.
חלקיקי זירקוניה שנוספו למטריצת אלומינה מגבירים את קשיחות השבר שלו באמצעות הקשחת טרנספורמציה, השפעה הנגרמת על ידי סטרס של חלקיקי זירקוניה המשתנים ממבני גביש טטראגונליים למבני קריסטל מונוקליניים כאשר הם נחשפים ללחץ דחיסה, ייצור מתחי לחיצה המעכבים את התפשטות הסדקים ומגדילים משמעותית את קשיחות השבר שלו.
עמידות בפני הלם תרמי
אלומינה מוקשחת זירקוניה היא קרמיקה מתקדמת המשלבת אלומינה וזירקוניה. כדי ליצור ZTA, זירקוניה מוכנסת למטריצת האלומינה הראשית לפני הסינטרה לתוספת חוזק ועמידות בפני זעזועים תרמיים על פני קרמיקה אלומינה מסורתית; יתר על כן, הוא מתהדר בקשיחות גבוהה יותר, חוזק כיפוף, וצפיפות ממקבילה.
מנגנון ההקשחה של ZTA כרוך בטרנספורמציה של פאזה הנגרמת על ידי מתח ממבנים גבישיים של חלקיקי זירקוניה טטרגונליים למונו-קליניים, הגברת קשיחות השבר תוך הגנה עליו מפני הלם תרמי ושחיקה מכנית. אלומינה מוקשחת זירקוניה היא מאוד תואמת ביולוגית ואינה נשחקת במהירות, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור אטמי שסתומים. יֶתֶר עַל כֵּן, חוזק הכיפוף הגבוה שלו מאפשר לו לעמוד בלחץ הגוף ביעילות.