cirkonijem kaljeni aluminij dokazao je svoja superiorna mehanička svojstva u usporedbi s monolitnim cirkonijem, uključujući žilavost loma i čvrstoću na savijanje. Stabilnost ZTA proizlazi iz njegove matrične faze koja štiti i ograničava transformaciju tetragonalnih zrnaca cirkonija, pomažući mu da izdrži razgradnju u in vivo hidrotermalnim uvjetima.
Čvrstoća na savijanje
Dodatkom cirkonijevog oksida u aluminij keramiku, nastaje cirkonijeva kaljena glinica. Ovaj materijal ima vrhunsku čvrstoću na savijanje i mehaničku izdržljivost u situacijama koje to zahtijevaju, a također je otporan na kemijsku koroziju kao i na izlaganje tjelesnim tekućinama.
cirkonijeva kaljena glinica može izdržati brze fluktuacije temperature zahvaljujući svojim česticama cirkonija raspršenim unutar matrice glinice koja apsorbira toplinsku energiju i stvara tlačna naprezanja kako bi se spriječilo pucanje, što ga čini prikladnim za upotrebu u različitim industrijskim primjenama kao što su komponente peći i parni turbinski motori.
Ova kompozitna keramika kombinira impresivne kvalitete glinice i cirkonijevog oksida kako bi pružila dodatnu čvrstoću i otpornost na toplinski udar, s vrhunskom tvrdoćom, čvrstoća na savijanje, žilavost na lom i otpornost na trošenje koje nadmašuju 99% čisti aluminijev oksid u smislu tvrdoće, žilavost i otpornost na habanje.
Žilavost loma
Cirkonij povećava otpornost na lom aluminijeve keramike transformacijskim ojačavanjem. Pri udaru, metastabilni cirkonijev oksid stabiliziran itrijem pretvara se u monoklinske kristalne strukture koje stvaraju tlačni stres koji sprječava širenje pukotine.
Cirkonijski kaljeni aluminij je zbog svoje tvrdoće idealan materijal za izradu alata za rezanje, toplinska stabilnost i otpornost na trenje. Nadalje, njegova vrhunska mehanička svojstva značajno pridonose njegovoj trajnosti i pouzdanosti.
ZTA proizveden putem gelcastinga ima izuzetnu kombinaciju čvrstoće na savijanje, žilavost loma, biokompatibilnost i otpornost na toplinu/koroziju što ga čini prikladnim za operaciju zamjene kuka. Kroz procese lijevanja u gelu također je moguće prilagoditi njegove parametre tvrdoće, žilavosti loma i čvrstoće na savijanje mijenjanjem razina opterećenja čvrste kaše, debljina kalupa ili parametri temperature sinteriranja kako bi se maksimizirali rezultati.
Krivulje naprezanje-deformacija
cirkonijev kaljeni aluminijski materijal ima vrhunsku čvrstoću i otpornost na trošenje, kao i iznimnu krutost za podupiranje teških tereta bez deformiranja pod pritiskom. Nadalje, može se pohvaliti izvrsnom otpornošću na toplinski udar što mu omogućuje da tolerira nagle fluktuacije temperature bez oštećenja.
Sadržaj cirkonija iznad određene granice povećava degradaciju starenjem kroz mikropukotine nastale tijekom hlađenja nakon sinteriranja koje djeluju kao preferirani putovi za prodiranje vode u keramički materijal, što dovodi do stvaranja mikropukotina tijekom hlađenja koje djeluju kao preferirani putevi za njegov ulazak i širenje u njega. Obrnuto, kada su ispod tog praga čestice cirkonijevog oksida podvrgnute transformaciji izazvanoj naprezanjem iz tetragonalne faze u monoklinsku fazu koja smanjuje degradaciju starenjem.
Vlačna čvrstoća
Cirkonijski kaljeni aluminijev oksid tvrd je i izdržljiv materijal s izvrsnom otpornošću na trošenje i svojstvima toplinske stabilnosti, što ga čini prikladnim za komponente koje zahtijevaju hlađenje. Dodatno, toplinski stabilne površine poput ove pružaju toplinsku kontrolu kao i otpornost na trenje što ih čini idealnim izborom materijala.
Pod stresom, ZTA prolazi faznu transformaciju iz tetragonalne u monoklinsku koja sprječava širenje pukotine i povećava otpornost na lom, ali neke studije pokazuju da povećanje nestabiliziranog cirkonija dovodi do smanjene vlačne čvrstoće.
ZTA keramika obično sadrži 10%-20% cirkonij, što omogućuje da se posebno prilagodi za svaku primjenu. ZTA je biokompatibilan, otporan na temperaturu, otporan na koroziju, dovoljno čvrst da izdrži pritisak, isplativa alternativa čistoj cirkonij keramici i može izdržati visoke temperature bez degradacije. Proizvođači brtvi ventila obično je odabiru zbog njene otpornosti na koroziju i sposobnosti držanja tlaka – sve kvalitete idealne za primjenu brtve ventila.
Udarna čvrstoća
cirkonijev kaljeni aluminij vrlo je otporan na koroziju i posjeduje izuzetnu mehaničku čvrstoću, što ih čini prikladnima za primjene koje istovremeno zahtijevaju tvrdoću i žilavost. Nadalje, ZTA nudi uštedu u odnosu na čistu cirkonij keramiku.
Kombinacija aluminijevog oksida i cirkonijevog oksida stvara keramiku veće čvrstoće na savijanje, žilavost loma, i otpornost na trošenje od čistog aluminijevog oksida. Može izdržati veća opterećenja i udarce i često se koristi kao nadogradnja u odnosu na standardni aluminijev oksid u dizajnu koji zahtijeva dodatne značajke.
Ojačavanje transformacije objašnjava ovu povećanu snagu; u uvjetima stresa, čestice cirkonija mijenjaju svoj tetragonalni u monoklinski oblik i šire se, sabijanje pukotina u matrici aluminijevog oksida i na taj način dovodi do veće čvrstoće na savijanje od YSZ (Slike 6c i d).
Otpornost na koroziju
ZTA keramička kombinacija aluminijevog oksida i cirkonijevog oksida pruža superiornu otpornost na koroziju u usporedbi s čistim 99% samo glinice, i ima vrhunsku tvrdoću, žilavost loma, čvrstoća na savijanje, i svojstva tvrdoće od svojih konkurenata.
ZTA ima izvanrednu otpornost na trošenje i abraziju te kemijsku kompatibilnost, što ga čini idealnim za industrijske primjene koje zahtijevaju visoku mehaničku izdržljivost. Nadalje, kombinacija materijala može se pohvaliti izvrsnom otpornošću na toplinski udar što omogućuje brze promjene temperature bez pucanja ili lomljenja.
Čestice cirkonija dodane matrici aluminijevog oksida povećavaju njezinu otpornost na lom kroz transformacijsko očvršćavanje, učinak uzrokovan naprezanjem čestica cirkonijevog oksida koje se mijenjaju iz tetragonalne u monoklinske kristalne strukture kada su izložene tlačnom naprezanju, stvarajući tlačna naprezanja koja sprječavaju širenje pukotine i značajno povećavaju njegovu žilavost na lom.
Otpornost na toplinski udar
cirkonijeva kaljena glinica je napredna keramika koja kombinira glinicu i cirkonij. Za stvaranje ZTA, cirkonij se uvodi u glavnu matricu aluminijevog oksida prije sinteriranja za dodatnu čvrstoću i otpornost na toplinske udare u odnosu na tradicionalnu aluminijevu keramiku; štoviše, može se pohvaliti većom tvrdoćom, čvrstoća na savijanje, i gustoće nego njegov pandan.
ZTA mehanizam ojačavanja uključuje naprezanjem induciranu faznu transformaciju iz tetragonalnih u monoklinske kristalne strukture čestica cirkonijeva oksida, povećavajući otpornost na lom dok ga štiti od toplinskog udara i mehaničke abrazije. cirkonijev kaljeni aluminij vrlo je biokompatibilan i ne korodira brzo, što ga čini idealnim za brtve ventila. Nadalje, njegova visoka čvrstoća na savijanje omogućuje mu da učinkovito izdrži pritisak tijela.