Fejlett szívósság ipari alkalmazásokhoz
Cirkónium-oxid edzett alumínium-oxid (ZTA) A kerámia alkatrészek az alumínium-oxid keménységét és szilárdságát ötvözik a cirkónium-oxid kiváló törésállóságával, hogy teljesítményt és hosszú élettartamot biztosítsanak az ipari alkalmazásokhoz.
Az alumínium-oxid mátrixba ágyazott finom tetragonális cirkónium-oxid részecskék feszültség által kiváltott átalakulása kiváló szilárdságú és szívósságú ZTA anyagokat eredményez, alkalmas különféle durva környezetekben való használatra.
Szívósság
A ZTA anyagok az alumínium-oxid keménységét a cirkónium-oxid szívósságával kombinálják a páratlan kopás- és kopásállóság érdekében. Ezt a hatást a stressz által kiváltott transzformációs keményítés teszi lehetővé: amikor stresszes, a cirkónium-oxid részecskék metastabil tetragonális fázisukból stabil monoklin formába mennek át; A szerkezeti változás által okozott térfogat-növekedés segít az alumínium-oxid mátrixon belüli repedések lezárásában, és jelentősen növeli a szívósságot.
A ZTA cirkónium-oxid lemezkéket tartalmaz, amelyek a szinterezés során alumínium-oxid mátrixmá alakulnak ki, javítja a törési szívósságot és szilárdságot, miközben növeli a törési szívósságot, az Y-TZP-nél nagyobb hajlítószilárdságú és ciklikus kifáradási szilárdságának akár kétszeresére is képes anyag létrehozása. Az alumínium-oxid szívósságának és a cirkónium-oxid szilárdságának kombinációja teszi a ZTA-t kiváló anyagválasztássá a sérülésállóságot igénylő ipari alkalmazásokhoz.
Tartósság
Cirkónium-oxid edzett alumínium-oxid (ZTA) kiemelkedő hajlító- és nyomószilárdsággal büszkélkedhet, a timföldével egyenértékű alacsony hőtágulású és kiemelkedő kopásállósági tulajdonságokkal.
A cirkónium-oxiddal edzett alumínium-oxidot úgy állítják elő, hogy tetragonális cirkónium-oxid szemcséket adnak hozzá feszültség által kiváltott átalakulással egy kemény alumínium-oxid mátrixhoz, beépíti őket a struktúrájába, miközben a helyi területekre korlátozza átalakulásukat ahelyett, hogy az egész területre kiterjednének.
Ez a mechanizmus az alumínium-oxid-cirkónium-oxid kompozitokat sokkal tartósabbá teszi, mint a monolit cirkónium, mivel ellenáll a kemiszorpción keresztüli vízfelvételnek.; a monolit cirkónium-oxid képes elnyelni a poláris vízmolekulákat, amelyek alacsony hőmérsékleten bomlanak, és hosszú távú használat után végül lebomlanak.
ZTA, másrészt, kifejezetten úgy lett kialakítva, hogy szerkezeti jellemzői és kémiai adalékai révén elősegítse ezt a tetragonális-monoklinikus átalakulást. A CeramTec például a Biolox Delta ZTA-t forgalmazza; ez a készítmény ittriumot és stroncium-aluminátot tartalmaz, hogy megkönnyítse a szilárdító mechanizmusokat a cirkónium-oxid fázison belül, és ennek következtében kisebb a kockázata az alacsony hőmérsékletű lebomlásnak, miközben ellenáll a magas hőmérsékletű környezetnek.
Korrózióállóság
A ZTA kerámiák kiváló korrózióállóságot biztosítanak alumínium-oxid társaikhoz képest, ezért zord környezetnek kitett berendezésekben is használhatók. Továbbá, A ZTA ellenáll a magasabb hőmérsékleteknek, miközben nagyobb kémiai stabilitást biztosít.
Garvie et al (1975) bebizonyította, hogy hozzátéve 10-20% a nem stabilizált cirkónium-oxid nagymértékben növelheti a szívósságot az alumínium-oxidhoz képest, transzformációs keményítés révén. Ez a folyamat akkor következik be, amikor a finoman diszpergált tetragonális metastabil csapadékok feszültség hatására monoklin cirkónium-oxiddá alakulnak, ami térfogatnövekedést okoz, ami összenyomja a repedéseket és lassítja vagy leállítja terjedésüket..
Ez a mechanizmus hasonlít a deformáció által kiváltott feszültségekre; viszont, fázisváltozások előidézéséhez a feszültségmezőnek elég nagynak kell lennie; a ZTA minták repedéseinél ez az energia a törési helyeken kialakuló hajlítási feszültségekből származik.
Hőállóság
A cirkónium-oxid edzett alumínium-oxid kivételesen magas olvadásponttal és korrózióállósággal büszkélkedhet, így ideális anyag a gyakran magas hőmérsékletnek kitett berendezésekhez. Továbbá, ennek a változatnak nagyobb a súrlódási ellenállása, mint a szabványos alumínium-oxidnak, segít csökkenteni a nagyobb mozgási energiának kitett berendezések kopását.
A ZTA kerámiák a tetragonális cirkónium-oxid részecskék feszültség által kiváltott timföldmátrixsá alakításával jönnek létre., nyomófeszültségek létrehozása bennük, amelyek megakadályozzák a repedés továbbterjedését, növeli a szilárdságot és a szívósságot, miközben hősokkállóságot biztosít törés vagy repedés nélkül. Kiváló hősokkállósággal büszkélkedhetnek; ellenáll a gyors hőmérséklet-változásoknak törés vagy feszültség hatására bekövetkező repedés nélkül.
A cirkónium-oxiddal edzett timföldnek számos felhasználási területe van számos iparágban a tulajdonságainak köszönhetően. A gépészet szivattyúalkatrészekhez és tömítésekhez használja; a félvezető feldolgozás hőstabilitása és szilárdsága miatt hasznosítja; űrrepülés, az autóipar és az energiaipar motoralkatrészként használja a korrózióval és a kemény vegyszerekkel szembeni ellenálló képessége miatt; még a fogászati implantátumok nagy hajlítószilárdságának is ellenáll!