Cirkonijski kaljeni aluminij

Kompoziti aluminijevog oksida i cirkonijevog oksida očvrsnuli su naprezanjem izazvanom transformacijom finih tetragonalnih čestica cirkonijevog oksida u čvrste, čvrsti materijali izuzetne čvrstoće i žilavosti koji ih čine prikladnima za različite primjene i okruženja.

Gelcasting je korišten za izradu ZTA uzoraka, s posebnom pažnjom posvećenom optimizaciji pripreme kaše s različitim opterećenjima čvrstim tvarima, procesi kalupljenja i skidanja kalupa, sušenje otapalom (osmotsko u odnosu na sušenje na zraku), te procesi pirolize i sinteriranja pri 1550 i 1650 degC za potrebe sušenja. Gustoća, tvrdoća, procjena žilavosti loma i čvrstoće na savijanje provedena je na svim uzorcima izrađenim lijevanjem u gelu.

Ima visoku tvrdoću

Cirkonijski kaljeni aluminij (ZTA) idealan je za zahtjevne primjene zbog svoje visoke tvrdoće. Proizvedeno lijevanjem gelom, ZTA nudi uštedu u odnosu na druge keramičke materijale, dok se može pohvaliti vrhunskom čvrstoćom. ZTA može tolerirati temperature od 1650 degC dok ostaje isplativ jer se sastoji od praha cirkonijevog oksida i glinice stabiliziranog itrijem koji su kombinirani korištenjem tehnika lijevanja u gelu i sinteriranja.

ZTA keramika se ističe izuzetnom žilavošću zbog prelaska iz tetragonalne u monoklinsku fazu, povećanje lomne žilavosti za čak dva. Ovaj mehanizam je uzrokovan razlikama između njihovih modula elastičnosti između njihovih odgovarajućih faza – cirkonijev oksid odnosno glinica – što znači da polja naprezanja stvorena tijekom fazne transformacije zapravo djeluju na ublažavanje širenja pukotina čineći ZTA mnogo čvršćim od tradicionalne aluminijeve keramike.

Aluminij oksid ojačan cirkonijem ima superiornu tvrdoću i otpornost na lom u odnosu na AlN, kao i superiornu čvrstoću na savijanje u usporedbi s oba ova materijala, što ga čini izvrsnim kandidatom za automobilsku i održivu energetsku primjenu. Nadalje, ZTA ima vrhunsku otpornost na toplinski udar kao i dobra električna izolacijska svojstva, što ga čini prikladnim za upotrebu u automobilima i druge medicinske svrhe; štoviše, ZTA ne pokazuje oštećenje DNA niti kancerogene učinke u stanicama sisavaca, omogućujući potencijalnu upotrebu kao materijal za zubne implantate zbog svojih izvrsnih mehaničkih svojstava i svojstava biokompatibilnosti.

Ima visoku žilavost

Cirkonijski kaljeni aluminij (ZTA), ili glinice ojačane cirkonijem, je keramički materijal sastavljen od glinice i cirkonija koji nudi iznimna mehanička svojstva kao što je visoka otpornost na savijanje, žilavost loma, elastičnost, tvrdoća i otpornost na habanje. Omjer između ovih materijala može se lako modificirati kako bi zadovoljio specifične primjene; ZTA proizvodi nadmašili su one izrađene od čistog cirkonijevog oksida, a istovremeno su isplativiji.

Ovaj se materijal uspješno koristi u nadomjescima kuka za glave femura i acetabularnih obloga zbog svoje biokompatibilnosti i dugotrajne sposobnosti podnošenja opterećenja. Međutim, njegova se prikladnost najprije mora procijeniti in vivo.

ZTA postiže visoku žilavost zbog svoje metastabilne tetragonalne strukture i sile pritiska iz matrice aluminijevog oksida, gdje visoka vlačna naprezanja uzrokuju transformacijsko otvrdnjavanje; odnosno, cirkonij prelazi u monoklinske oblike kada je podvrgnut kompresijskim silama iz matrice aluminijevog oksida, stvaranje energije naprezanja koja usporava ili zaustavlja širenje pukotine, čime se stvaraju učinci transformacijske čvrstoće koji sprječavaju širenje pukotine.

ZTA se može pohvaliti značajno povećanom čvrstoćom na savijanje 99% aluminijeve keramike zbog svoje metastabilne tetragonalne faze i matrice aluminijevog oksida, znatno ga nadmašivši u tom pogledu. Međutim, kompoziti aluminijevog oksida i cirkonijevog oksida mogu postati lomljivi zbog manje homogenosti i zadržavanja zraka, kao i aglomeracije čestica što dovodi do točkastih defekata i smanjene čvrstoće na savijanje – ipak njegova izvedba nadmašuje tradicionalnu aluminij keramiku u medicinskim i industrijskim primjenama.

Ima visoku čvrstoću

Cirkonijski kaljeni aluminij je izuzetno izdržljiv materijal, što ga čini prikladnim za nosive primjene. Proizvedeno naprezanjem izazvanom transformacijom finih tetragonalnih čestica cirkonijevog oksida u matricu aluminijevog oksida, njegova proizvodnja rezultira vrlo ujednačenom raspodjelom čestica s iznimnim svojstvima čvrstoće i žilavosti.

Keramika je također vrlo otporna na kemijsku koroziju. Prikladan je za mnoge namjene, uključujući medicinske implantate i stomatološke materijale zbog svoje sposobnosti da izdrži opetovano izlaganje tjelesnim tekućinama i kemikalijama.

ZTA se također ističe svojom otpornošću na toplinski udar, budući da njegove čestice cirkonija raspršene unutar matrice aluminijevog oksida apsorbiraju toplinsku energiju i stvaraju tlačna naprezanja kako bi se izbjeglo stvaranje pukotina – to omogućuje sigurnu upotrebu ZTA keramike za visokotemperaturne primjene kao što su komponente peći i dijelovi turbinskih motora bez opasnosti od oštećenja ili kvara.

ZTA svoju snagu crpi iz svoje strukture i raspodjele nanočestica, kao i vruće izostatičko prešanje i konvencionalno sinteriranje za povećanu pouzdanost. Za dodatnu fleksibilnost, također se može proizvesti korištenjem sol-gel metoda izrade koje pretvaraju molekule u krutine – u ovom slučaju kombiniranje praha aluminijevog oksida i praha cirkonijevog oksida u tekućini nalik gelu koja se zatim može oblikovati u različite oblike prije pečenja u pećnici dok se ne stvrdne prije nego što se odvoji od kalupa i osuši kako bi se dobio ZTA s finom kristalnom strukturom visoke gustoće zajedno s izmijenjenim kristalom, atomski, elektronska stanja koja rezultiraju u ZTA koja pokazuju visoku gustoću kao i promijenjeni kristal, atomska stanja kao i promijenjene kristalne strukture, promijenjene kristalne strukture kao i promijenjeni kristal, atomska stanja koja rezultiraju promijenjenim kristalom, atomska stanja za povećanu pouzdanost.

Ima otpornost na visoke temperature

ZTA materijal nudi vrhunsku otpornost na temperaturu, što ga čini prikladnim za primjene koje zahtijevaju izuzetnu izdržljivost. Nadalje, njegova otpornost na koroziju i veća čvrstoća na savijanje čine ZTA prikladnim za dugotrajno izlaganje temperaturama do 1773 K – što ga čini izvrsnim izborom za dugotrajno izlaganje opreme visokim razinama topline.

Nedavna istraživanja pokazuju da cirkonij poboljšava mehanička svojstva glinice, posebno njegovu žilavost i čvrstoću na savijanje. Ovaj se učinak događa jer čestice cirkonijevog oksida stvaraju tlačni stres na matrici aluminijevog oksida kada su pod stresom; ovo tlačno naprezanje pomaže u smanjenju širenja pukotine dok istovremeno povećava žilavost loma.

Brojni čimbenici utječu na performanse ZTA kompozita, kao što su njegove metode sinteriranja i temperature kao i količina dodanog cirkonijevog dioksida. općenito, dodavanje više cirkonijevog oksida ima tendenciju poboljšanja performansi; no previše cirkonijeva dioksida moglo bi smanjiti njegovu čvrstoću na savijanje kao i otpornost na lom.

Aluminij-cirkonijev oksid-kaljeni aluminij (DA) je napredni tehnički keramički materijal koji se koristi u raznim industrijskim primjenama. Izrađen od glinice i cirkonijevog oksida povezanih keramičkim vezama koje povećavaju čvrstoću na savijanje i žilavost materijala na lom, AZT je odličan materijal za strojeve koji su izloženi visokim temperaturama kao što su peći i peći.