Cirkonijski kaljeni aluminij
Cirkonijski kaljeni aluminij (ZTA) je napredni keramički materijal koji se široko koristi u brtvama ventila, čahure, komponente pumpe i rezni alati zbog svoje čvrstoće i kemijske stabilnosti – što dokazuje njegova sposobnost da izdrži velika opterećenja bez značajne degradacije.
ZTA se može pohvaliti impresivnom otpornošću na toplinski udar i može izdržati nagle promjene temperature, kao i brze promjene temperature. Čitajte dalje kako biste saznali više o njegovim mehaničkim svojstvima!
Tvrdoća
Cirkonij dodan matrici aluminijevog oksida povećava njenu tvrdoću, žilavost na lom i čvrstoća na savijanje uz povećanje otpornosti na trošenje i eroziju. Mehanizam koji je obično uključen je fazna transformacija praćena stvaranjem mikropukotina, ali također može uključivati teorije teorije naprezanja ako je primjenjivo.
Metastabilni tetragonalni cirkonij precipitati koji tvore finu disperziju unutar matrice aluminijevog oksida mogu proći spontanu transformaciju u monoklinske oblike kada se njihovo ograničenje ukine tijekom širenja pukotine, pružanje energije protiv polja naprezanja koja potiču širenje pukotine.
ZTA keramika ima superiornu otpornost na lom i tvrdoću u usporedbi s drugom inženjerskom keramikom na bazi oksida, kao i dvostruku čvrstoću na ciklički zamor od Y-TZP. Kao takva, njegova svojstva čine ga prikladnim za primjene koje zahtijevaju ekstremnu otpornost na habanje, kemijska inertnost i nisko trenje kao i visoka čvrstoća i krutost.
Čvrstoća na savijanje
ZTA keramika može se izraditi promjenom omjera cirkonijeva oksida stabiliziranog itrijem (Y-TZP) unutar matrice aluminijevog oksida korištenjem vrućeg izostatičkog prešanja, za optimiziranje kombinacija tvrdoće, žilavosti loma i čvrstoće na savijanje koje rezultiraju neusporedivom otpornošću na ciklički zamor koja nadmašuje najnapredniju tehničku keramiku.
Metastabilni Y-TZP u matrici aluminijevog oksida rezultira stvaranjem aglomerata faze tetragonalne-monoklinske transformacije koji povećavaju žilavost loma kroz ukrućenje faznom transformacijom (Clausen 1976). Poželjno križanje pukotina, ti će prijelazni aglomerati stisnuti zonu ispred fronte pukotine i smanjiti njezino napredovanje, u konačnici povećavajući otpornost na lom.
Ova struktura materijala dovela je do stvaranja kompozita aluminijevog oksida i cirkonija kao što je BIOLOX Delta, intenzivno se koristi za potpunu protezu kuka i druge nosive ortopedske komponente. Ovaj keramički biomaterijal ima izvanrednu otpornost na trošenje, kemijska inertnost na sobnoj temperaturi, otpornost na toplinski udar i izvrsnu kemijsku inertnost na svim temperaturama.
Otpornost na koroziju
Kemijski inertan i otporan na visoke temperature i habanje, pruža vrhunske performanse u usporedbi s 99 aluminijeva keramika te je i isplativija.
Cirkonij se također može pohvaliti impresivnom vlačnom čvrstoćom, svojstva savijanja i elastičnosti te biokompatibilnost – što ga čini idealnim za medicinske svrhe poput zamjene kuka. Zbog transformacijskog otvrdnjavanja u uvjetima naprezanja, čestice cirkonija prelaze iz metastabilnog tetragonalnog oblika u monoklinski oblik, pomaže pri učinkovitijem zatvaranju pukotina uz povećanje otpornosti na lom.
CeramTec (Biolox Delta) komercijalizira kompozit aluminijevog oksida i cirkonijevog oksida gdje nestabilizirani cirkonijev oksid ostaje u tetragonalnoj fazi kako bi upravljao ovom transformacijom i omogućio otupljenje vrha pukotine i odstupanje pukotine, poboljšanje žilavosti matrice aluminijevog oksida. Sadržaj cirkonijevog oksida u materijalu može se promijeniti pomoću tehnika pripreme praha i zgušnjavanja.
Otpornost na toplinski udar
Cirkonij dodan u matricu primarnog aluminijevog oksida tijekom sinteriranja može značajno povećati njezinu snagu i žilavost, stvarajući ono što je poznato kao ZTA (Cirkonijski kaljeni aluminij), nadmašuje uobičajenu aluminij keramiku u mehaničkim primjenama i primjenama trošenja.
Cirkonijeva kaljena glinica poznata je po svojim iznimnim svojstvima kao što su visoka tvrdoća u vrućem stanju i čvrstoća na pucanje, kemijska inertnost na sobnoj temperaturi, niske stope toplinskog širenja i izvrsna otpornost na toplinski udar – idealna svojstva za komponente za mljevenje kao i za potrošne dijelove koji zahtijevaju mehanizme za hlađenje.
CeramTec prodaje ZTA pod nazivom Biolox delta koji ima matricu glinice s raspršenim česticama Y-TZP (17 težina/težinski %) i trombociti stroncijevog aluminata (0.5 težina/težinski %), pruža učinkovitu kombinaciju mehanizama transformacije tetragonalne u monoklinsku fazu i mehanizama otklona pukotina kako bi se osigurala poboljšana žilavost, što ga čini idealnim za primarne THA postupke na nosivim površinama bedrene kosti.
Električna izolacija
Aluminijev oksid ojačan cirkonijem može izdržati toplinski udar bez pucanja ili loma pod naglim promjenama temperature, zahvaljujući raspršenim česticama glinice raspršenim unutar njegove matrice koje apsorbiraju toplinsku energiju i stvaraju tlačna naprezanja koja sprječavaju lomove.
Keramika od aluminijevog oksida i cirkonijeva oksida je gušća od svog analoga od čistog cirkonijevog oksida, što ga čini idealnim za aplikacije električne izolacije. Nadalje, njegovo niže toplinsko širenje od cirkonijevog dioksida čini ga pogodnim za dijelove koji zahtijevaju hlađenje.
Transformacijsko očvršćavanje kompozita aluminijev oksid-cirkonij nudi dodatne prednosti; ovdje, zrna cirkonija u matrici aluminijevog oksida prolaze kroz metastabilnu fazu u kojoj njihova zrna prolaze transformaciju iz tetragonalne u monoklinsku strukturu, čime se smanjuje pucanje izazvano naprezanjem povećanjem otpornosti na habanje i udarce. Cirkonijev dioksid ojačan glinicom obično se javlja pirofornom reakcijom koja uključuje cirkonij(IV) oksid oktahidrat, Aluminij nitrat nanohidrat trietilamin i HNO3(Dušična kiselina); povećanje veličine čestica dodatno pomaže disperziju metastabilnih zrnaca cirkonijeva dioksida.