Čvrstoća bez premca s cirkonijem ojačanim aluminijevim oksidom (ZTA) Keramika
Cirkonijski kaljeni aluminij (ZTA) keramika se može pohvaliti neusporedivom žilavošću. Imaju vrhunsku otpornost na habanje, kemijska inertnost i nisko trenje za obavljanje svakodnevnih zadataka bez napora – da ne spominjemo veću tvrdoću i krutost od metala.
ZTA uključuje metastabilne tetragonalne polikristalne aglomerate cirkonijevog oksida u matrici aluminijevog oksida koji prolaze faznu transformaciju izazvanu stresom u monoklinski oblik pod stresom, čime se disperzira posmična deformacija i zaustavlja širenje pukotine, obično poznat kao transformacijsko očvršćavanje.
Otporan na koroziju
ZTA nudi vrhunsku kemijsku otpornost u usporedbi s čistom glinicom i može izdržati ekstremne temperature bez degradacije, što ga čini idealnim izborom materijala za industrijske primjene u teškim okruženjima i uvjetima.
Žilavost ZTA-a pojačana je česticama cirkonijevog oksida koje raspršuju i apsorbiraju energiju, pomaže u sprječavanju pucanja. Kada se dopira itrijevim oksidom, cirkonij se mijenja iz metastabilne tetragonalne faze u monoklinsku tijekom naprezanja kako bi se stvorila tlačna naprezanja koja povećavaju otpornost na lom.
Keramika na bazi cirkonija kao što je ZTA sadrži čestice aluminijevog oksida kako bi se oduprla toplinskom udaru. To mu omogućuje da izdrži brze promjene temperature bez pucanja ili kvara u visokoučinkovitim primjenama poput brušenja i rezanja; njegovo malo linearno i torzijsko širenje pruža izvanredne sposobnosti nosivosti i performanse. ZTA se hvali 2-3 puta veću vlačnu čvrstoću u usporedbi s čistim aluminijevim oksidom, dok ima niske linearne/torzijske koeficijente ekspanzije za iznimne kapacitete nosivosti i performanse.
Visoka krutost
ZTA kombinira snagu i izdržljivost aluminijevog oksida s cirkonijevim oksidom za izniman materijal za zahtjevne primjene. Ova kombinacija nudi neusporedivu snagu, žilavost loma, svojstva elastičnosti i tvrdoće u jednom paketu.
Claussen otkrio u 1976 da se dodavanjem nestabiliziranog cirkonijevog oksida u glinicu značajno povećava njegova lomna žilavost, zbog tetragonalno-monoklinske transformacije dispergiranih finih tetragonalnih taloga raspršenih unutar njegove matrice. Takvi metastabilni precipitati su sputani od promjene dok se ne oslobode približavanjem fronte pukotine ili drugim izvorom olakšanja od njihovog ograničenja, kao što je topljenjem.
Vruće prešani 10 mol% itrijem stabilizirani cirkonij (10YSZ), pojačan česticama ili trombocitima koji sadrže iz 0 do 30 wt% sadržaja glinice podvrgnuti su rigoroznoj čvrstoći, testovi žilavosti loma i sporog rasta pukotina na 1000C na zraku. Rezultati su pokazali da je maksimalna čvrstoća na savijanje i žilavost loma za trombocitne kompozite postignuta s ovim sastavom.
Visoka vlačna čvrstoća
Cirkonska keramika nudi izvanrednu kombinaciju snage, elastičnost, i svestranost koja daleko nadmašuje tradicionalnu tehničku keramiku. Formulacije cirkonijevog oksida kao što je ZTA pružaju rješenja za današnje najteže primjene u rasponu od zrakoplovnih komponenti koje podnose oštra okruženja do biomedicinskih implantata sljedeće generacije dizajniranih za dugovječnost – pružanje pouzdanih rješenja za današnje najhitnije potrebe.
ZTA se među ostalim materijalima ističe svojom vrhunskom čvrstoćom na savijanje, žilavost na lom i otpornost na širenje pukotine zbog svoje metastabilne tetragonalne faze. Ova transformacija u monoklinski cirkonij na niskoj temperaturi komprimira zonu ispred fronte pukotine kako bi se zaustavio daljnji rast.
Itrijem djelomično stabilizirani cirkonij (Y-TZP) i Ceriumom djelomično stabilizirani cirkonij (Što-TZP) pokazuju iznimne karakteristike žilavosti slične ZTA zbog zadržavanja tetragonalne faze održavanjem itrija ili cerija na nižim temperaturama, dopuštajući transformaciju u temperaturnom rasponu koji je lakše upravljiv i pokazuje manje površinskih oštećenja tijekom cikličkih testova opterećenja od analoga aluminijevog oksida.
Nisko trenje
Cirkonij je jedna od najtvrđih dostupnih inženjerskih keramika i njegova svojstva niskog trenja povećavaju otpornost na habanje dok smanjuju zahtjeve za podmazivanjem.
ZTA keramika sadrži glinicu za maksimalnu žilavost. To omogućuje da metastabilne tetragonalne cirkonijeve čestice stabilizirane itrijem u matrici aluminijevog oksida ostanu nepromijenjene, ostaje kristaliziran na temelju isprepletene mreže zrna.
Kontrolirani sastav i uvjeti obrade osiguravaju da ne dođe do spontane tetragonalne u monoklinsku transformaciju nakon hlađenja od temperature sinteriranja, pridonoseći sposobnosti više udaraca u ispitivanju žilavosti loma. Nadalje, visoka homogenost u kompozitima aluminijevog oksida i cirkonijeva oksida s malim veličinama zrna rezultira nižom energijom pukotine što zauzvrat dovodi do kraćih duljina pukotina tijekom ispitivanja dijamantnog utiskivanja.
Visoko toplinsko širenje
Sila vezivanja aluminijeve matrice omogućuje sprječavanje prijelaza tetragonalnih čestica cirkonijevog oksida u monoklinski cirkonij nakon hlađenja, čime se 10 krtica % itrijem stabilizirani cirkonij-aluminij kompoziti stabilni i bez pukotina.
Dodavanje cerija cirkonijevom dioksidu omogućuje njegovu djelomičnu stabilizaciju (Što-TZP). Ce-TZP zadržava svoju tetragonalnu fazu na sobnoj temperaturi i značajno povećava žilavost, otpornost na lom i čvrstoću na savijanje u usporedbi s tradicionalnim dentalnim keramičkim materijalima.
Cirkonijski kaljeni aluminijski kompoziti koji sadrže Ce-TZP, itrijem stabilizirani cirkonij (Y-TZP), ili cirkonijev oksid stabiliziran magnezijem (Mg-PSZ) pokazuju iznimnu žilavost koja nadilazi i glinicu i monolitni cirkonij, čineći ZTA savršenim kandidatom za zahtjevne primjene poput medicinskih implantata, zrakoplovne komponente i industrijske strojeve. ZTA se također može pohvaliti mnogim svojstvima kemijske otpornosti koja ga štite od kiselina, otopine soli, rastaljene soli lužine kao i visoke temperature.