Alumina yang Dikeraskan Zirkonia

Zirkonia memperkuat alumina (ZTA) adalah bahan keramik canggih yang banyak digunakan dalam segel katup, busing, komponen pompa dan alat pemotong karena kekuatan dan stabilitas kimianya – terbukti dari kemampuannya menahan beban berat tanpa degradasi yang berarti.

ZTA menawarkan ketahanan guncangan termal yang mengesankan dan tahan terhadap perubahan suhu yang tiba-tiba, serta perubahan suhu yang cepat. Baca terus untuk mengetahui lebih lanjut tentang sifat mekaniknya!

Kekerasan

Zirkonia yang ditambahkan ke matriks alumina meningkatkan kekerasannya, ketangguhan patah dan kekuatan lentur sekaligus meningkatkan ketahanan terhadap keausan dan erosi. Mekanisme yang biasanya terlibat adalah transformasi fase yang diikuti oleh pembentukan microcrack tetapi mungkin juga melibatkan teori teori tegangan sebagaimana dapat diterapkan.

Endapan zirkonia tetragonal metastabil yang membentuk dispersi halus dalam matriks alumina dapat mengalami transformasi spontan menjadi bentuk monoklinik ketika batasannya dihilangkan selama perambatan retak, menyediakan energi melawan medan tegangan yang mendorong perambatan retak.

Keramik ZTA memiliki ketangguhan dan kekerasan patah yang unggul dibandingkan keramik rekayasa berbasis oksida lainnya, serta dua kali kekuatan kelelahan siklik Y-TZP. Dengan demikian, sifat-sifatnya membuatnya cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan aus ekstrem, kelembaman kimia dan gesekan rendah serta kekuatan dan kekakuan tinggi.

Kekuatan Lentur

Keramik ZTA dapat dibuat dengan mengubah rasio zirkonia yang distabilkan yttria (Y-TZP) dalam matriks alumina menggunakan pengepresan isostatik panas, untuk mengoptimalkan kombinasi kekerasan-ketangguhan patah-kekuatan lentur yang menghasilkan ketahanan lelah siklik yang tak tertandingi yang melampaui keramik teknis tercanggih.

Y-TZP yang metastabil dalam matriks alumina menghasilkan pembentukan aglomerat fase transformasi tetragonal-monoklinik yang meningkatkan ketangguhan patah melalui pengerasan transformasi fase (Klausa 1976). Lebih disukai melintasi retakan, aglomerat transisi ini akan menekan zona di depan bagian depan retakan dan mengurangi perkembangannya, pada akhirnya meningkatkan ketangguhan patah.

Struktur material ini mengarah pada terciptanya komposit alumina-zirkonia seperti BIOLOX Delta, digunakan secara luas untuk penggantian pinggul total dan komponen ortopedi penahan beban lainnya. Biomaterial keramik ini memiliki ketahanan aus yang luar biasa, kelembaman kimia pada suhu kamar, ketahanan terhadap guncangan termal dan kelembaman kimia yang sangat baik pada semua suhu.

Ketahanan Korosi

Secara kimia lembam dan tahan terhadap suhu tinggi dan keausan, ini memberikan kinerja yang unggul dibandingkan dengan 99 keramik alumina dan juga lebih hemat biaya.

Zirkonia juga menawarkan kekuatan tarik yang mengesankan, sifat lentur dan elastisitas serta biokompatibilitas – membuatnya ideal untuk keperluan medis seperti penggantian pinggul. Karena ketangguhan transformasi dalam kondisi stres, partikel zirkonia berubah dari bentuk tetragonal metastabil menjadi bentuk monoklinik, membantu menutup retakan dengan lebih efisien sekaligus meningkatkan ketangguhan patah.

CeramTec (Biolok Delta) mengkomersialkan komposit alumina-zirkonia di mana zirkonia yang tidak distabilkan tetap berada dalam fase tetragonal untuk mengelola transformasi ini dan menghasilkan penumpulan ujung retak dan penyimpangan retak, meningkatkan ketangguhan matriks alumina. Kandungan zirkonia pada bahan dapat diubah melalui persiapan bubuk dan teknik pemadatan.

Ketahanan Guncangan Termal

Zirkonia yang ditambahkan ke matriks alumina primer selama sintering dapat meningkatkan kekuatan dan ketangguhannya secara signifikan, menciptakan apa yang dikenal sebagai ZTA (Alumina yang Dikeraskan Zirkonia), mengungguli keramik alumina biasa baik dalam aplikasi mekanis maupun keausan.

Alumina yang dikeraskan zirkonia terkenal karena sifatnya yang luar biasa seperti kekerasan panas yang tinggi dan kekuatan pengangkatan, kelembaman kimia pada suhu kamar, tingkat ekspansi termal yang rendah dan ketahanan guncangan termal yang sangat baik – sifat ideal untuk komponen milling serta komponen aus yang memerlukan mekanisme pendinginan.

CeramTec memasarkan ZTA yang disebut Biolox delta yang dilengkapi matriks alumina dengan partikel Y-TZP yang tersebar (17 berat/berat%) dan trombosit strontium aluminat (0.5 berat/berat%), memberikan kombinasi efektif mekanisme transformasi fase tetragonal ke monoklinik dan mekanisme defleksi retak untuk memberikan peningkatan ketangguhan, yang menjadikannya ideal untuk prosedur THA primer pada permukaan bantalan femoralis.

Isolasi Listrik

Alumina yang dikeraskan dengan zirkonia dapat menahan guncangan termal tanpa retak atau pecah akibat perubahan suhu yang tiba-tiba, berkat partikel alumina terdispersi yang tersebar di dalam matriksnya yang menyerap energi panas dan menghasilkan tekanan tekan yang mencegah patah.

Keramik alumina-zirkonia lebih padat dibandingkan keramik zirkonia murni, menjadikannya ideal untuk aplikasi isolasi listrik. Lebih-lebih lagi, ekspansi termalnya yang lebih rendah dibandingkan zirkonia membuatnya cocok untuk komponen yang memerlukan pendinginan.

Penguatan transformasi komposit Alumina-zirkonia menawarkan keuntungan tambahan; Di Sini, butiran zirkonia dalam matriks alumina mengalami fase metastabil dimana butirannya mengalami transformasi dari struktur tetragonal menjadi monoklinik, sehingga mengurangi keretakan akibat tegangan dengan meningkatkan ketahanan terhadap abrasi dan benturan. Zirkonia yang diperkuat alumina biasanya terjadi melalui reaksi piroforik yang melibatkan Zirkonium(IV) oksida oktahidrat, Aluminium Nitrat Nanohidrat Trietilamina dan HNO3(Asam Nitrat); meningkatkan ukuran partikel lebih lanjut membantu dispersi butiran zirkonia metastabil.