Cirkónium-oxid edzett alumínium-oxid
Cirkónium-oxid edzett alumínium-oxid (ZTA) egy fejlett kerámia anyag, amelyet széles körben használnak szeleptömítésekben, perselyek, szivattyú alkatrészek és vágószerszámok szilárdsága és kémiai stabilitása miatt – amit az is bizonyít, hogy jelentős károsodás nélkül képes ellenállni a nagy terheléseknek.
A ZTA lenyűgöző hősokkállósággal büszkélkedhet, és ellenáll a hirtelen hőmérséklet-változásoknak, valamint a gyors hőmérséklet-ingadozások. Olvasson tovább, ha többet szeretne megtudni mechanikai tulajdonságairól!
Keménység
Az alumínium-oxid mátrixhoz adott cirkónia növeli annak keménységét, törési szívósság és hajlítószilárdság, miközben növeli a kopással és erózióval szembeni ellenállást. A mechanizmus jellemzően a fázistranszformáció, amelyet mikrorepedések képződése követ, de szükség szerint feszültségelméleti elméleteket is magában foglalhat..
Az alumínium-oxid mátrixon belül finom diszperziót képező metastabil tetragonális cirkónium-oxid kiválások spontán átalakulhatnak monoklin formákká, ha a repedés terjedése során megszűnik a kényszer., energia biztosítása a repedésterjedést elősegítő feszültségmezőkkel szemben.
A ZTA kerámia kiváló törési szívóssággal és keménységgel rendelkezik, mint más oxid alapú mérnöki kerámiák, valamint az Y-TZP ciklikus kifáradási szilárdságának kétszerese. Mint olyan, tulajdonságai alkalmassá teszik az extrém kopásállóságot igénylő alkalmazásokhoz, kémiai tehetetlenség és alacsony súrlódás, valamint nagy szilárdság és merevség.
Hajlító szilárdság
A ZTA kerámiák az ittriummal stabilizált cirkónia arányának változtatásával készíthetők (Y-TZP) alumínium-oxid mátrixon belül forró izosztatikus préselés alkalmazásával, a keménység-törési szívósság-hajlítószilárdság kombinációk optimalizálására, amelyek páratlan ciklikus kifáradási ellenállást eredményeznek, amely meghaladja a legfejlettebb műszaki kerámiákat.
A metastabil Y-TZP alumínium-oxid mátrixban tetragonális-monoklin átalakulási fázisú agglomerátumok képződését eredményezi, amelyek a fázistranszformációs merevítés révén növelik a törési szilárdságot (Clausen 1976). Előnyösen keresztezi a repedéseket, ezek az átmeneti agglomerátumok összenyomják a repedésfront előtti zónát, és csökkentik annak előrehaladását, végső soron növeli a törési szívósságot.
Ez az anyagszerkezet olyan alumínium-oxid-cirkónium-oxid kompozitok létrehozásához vezetett, mint a BIOLOX Delta, széles körben használják teljes csípőprotézishez és egyéb teherhordó ortopédiai alkatrészekhez. Ez a kerámia bioanyag kiemelkedő kopásállósággal rendelkezik, kémiai tehetetlenség szobahőmérsékleten, hősokkállóság és kiváló kémiai tehetetlenség minden hőmérsékleten.
Korrózióállóság
Kémiailag inert, ellenáll a magas hőmérsékletnek és kopásnak, -hoz képest kiváló teljesítményt nyújt 99 timföld kerámia és költséghatékonyabb is.
A cirkónium lenyűgöző szakítószilárdsággal is büszkélkedhet, hajlítási és rugalmassági tulajdonságok és biokompatibilitás – így ideális orvosi célokra, például csípőprotézisekhez. Stressz körülmények között bekövetkező transzformációs edzettség miatt, a cirkónium-oxid részecskék metastabil tetragonális formából monoklin formába változnak, segíti a repedések hatékonyabb lezárását, miközben növeli a törési szilárdságot.
CeramTec (Biolox Delta) Alumínium-oxid-cirkónium-oxid kompozitot forgalmaz, ahol a stabilizálatlan cirkónium-oxid tetragonális fázisban marad, hogy kezelje ezt az átalakulást, és biztosítsa a repedések csúcsának tompítását és repedéseltérését, az alumínium-oxid mátrix szívósságának javítása. Az anyag cirkónium-dioxid-tartalma por-előkészítési és tömörítési technikákkal módosítható.
Hőütésállóság
A szinterezés során az elsődleges alumínium-oxid mátrixhoz adott cirkónium-oxid jelentősen növelheti annak szilárdságát és szívósságát, az úgynevezett ZTA létrehozása (Cirkónium-oxid edzett alumínium-oxid), felülmúlja a hagyományos alumínium-oxid kerámiákat mechanikai és kopásos alkalmazásokban egyaránt.
A cirkónium-oxiddal edzett alumínium-oxid kivételes tulajdonságairól ismert, mint például a nagy meleg keménység és az elragadtatási szilárdság, kémiai tehetetlenség szobahőmérsékleten, alacsony hőtágulási sebesség és kiváló hősokkállóság – ideális tulajdonságok maráshoz, valamint hűtőmechanizmust igénylő kopó alkatrészekhez.
A CeramTec egy Biolox delta nevű ZTA-t forgalmaz, amely egy alumínium-oxid mátrixot tartalmaz diszpergált Y-TZP részecskékkel (17 tömeg/tömeg%) és stronciumaluminát vérlemezkék (0.5 tömeg/tömeg%), a tetragonális-monoklin fázistranszformációs mechanizmusok és a repedéseltérítő mechanizmusok hatékony kombinációja a jobb szívósság érdekében, ami ideálissá teszi a combcsont tartófelületein végzett elsődleges THA eljárásokhoz.
Elektromos szigetelés
A cirkónium-oxiddal edzett alumínium-oxid ellenáll a hősokknak anélkül, hogy hirtelen hőmérséklet-változások hatására repedne vagy eltörne, a mátrixában diszpergált alumínium-oxid részecskéknek köszönhetően, amelyek elnyelik a hőenergiát és nyomófeszültségeket generálnak, amelyek megakadályozzák a töréseket.
Az alumínium-cirkónium-oxid kerámia sűrűbb, mint a tiszta cirkónium-oxid megfelelője, így ideális elektromos szigetelési alkalmazásokhoz. Továbbá, a cirkóniumnál kisebb hőtágulása alkalmassá teszi hűtést igénylő alkatrészekhez.
Az alumínium-oxid-cirkónium-oxid kompozitok transzformációs keményítése további előnyökkel jár; itt, az alumínium-oxid mátrixban lévő cirkónium-oxid szemcsék egy metastabil fázison mennek keresztül, ahol szemcséik tetragonálisból monoklin szerkezetűvé alakulnak, így csökken a feszültség okozta repedés a kopás- és ütésállóság növelésével. Az alumínium-oxiddal edzett cirkónium-oxid tipikusan piroforos reakció során jön létre cirkóniummal(IV) oxidoktahidrát, Alumínium-nitrát-nanohidrát trietil-amin és HNO3(Salétromsav); a részecskeméretek növelése tovább segíti a metastabil cirkónium-oxid szemcsék diszperzióját.