Alumina yang Dikeraskan Zirkonia – Peningkatan Kekuatan untuk Keunggulan Industri

Alumina yang Dikeraskan Zirkonia (ZTA) adalah keramik yang luar biasa, dibedakan oleh ketangguhan tinggi dan ketahanan patah karena partikel zirkonia yang distabilkan yttria yang tersebar melalui matriks alumina.

Bahan ini dapat menahan perubahan suhu yang cepat tanpa retak atau pecah, tahan korosi kimia dan menawarkan ketahanan guncangan termal yang sangat baik.

Ketahanan Korosi Yang Sangat Baik

Keramik ZTA menawarkan keseimbangan ideal antara kekuatan dan nilai, lebih kuat dari produk alumina tetapi lebih murah dibandingkan zirkonia murni. Sifat mekaniknya – ketangguhan patah, kekuatan lentur dan kekerasan serta ketahanan guncangan termal – membuatnya cocok untuk membuat peralatan industri seperti roda pemotong.

ZTA mencapai sifat unggulnya karena penambahan zirkonia yang distabilkan yttria (YSZ) partikel dalam matriks alumina. Bila tersebar merata keseluruh bagian, YSZ membantu mengoptimalkan ketangguhan kekerasan-pecah dan kekuatan tarik kedua elemen sehingga menghasilkan ketahanan aus yang luar biasa, kelembaman kimia pada suhu kamar dan sifat kekerasan/kekuatan pengangkatan panas untuk bahan keramik yang luar biasa.

produk ZTA’ sifat mekanik sangat bergantung pada rute pemrosesan untuk menghasilkan bubuk, termasuk perlakuan panas, metode kalsinasi, teknik pengeringan dan proses sintering serta pembentukan yang disesuaikan dengan bahan tambahan yang ditambahkan selama produksi. Semua faktor ini berdampak langsung pada kekuatannya, sifat elastisitas dan kekerasan.

Ketahanan Guncangan Termal yang Sangat Baik

Keramik ZTA menawarkan ketahanan guncangan termal yang sangat baik, menjadikannya pilihan tepat untuk aplikasi ruang angkasa yang menuntut kekuatan tingkat tinggi, kekerasan, dan kelembaman kimia. Ketika terdispersi secara seragam dalam matriks alumina, YSZ dapat dioptimalkan. Salah satu keramik zirkonia-alumina yang dikeraskan transformasi yang kami tawarkan adalah BIOLOX delta yang dapat digunakan untuk komponen penahan beban ortopedi seperti penggantian pinggul.

Transformasi yang diinduksi stres dari struktur metastabil tetragonal ke monoklinik YSZ menghasilkan ekspansi volume dan regangan geser yang melawan perambatan retak, meningkatkan ketangguhan patah sekaligus meningkatkan kekuatan lentur. Kinerja keramik yang dikeraskan transformasi alumina-YSZ bergantung pada kondisi pemrosesan serta stoikiometri oksida penyusunnya dalam proses sintering..

Kondisi sintering yang tidak terkontrol dapat mengakibatkan kekuatan lentur yang rendah dan homogenitas matriks alumina-YSZ yang buruk, berpotensi disebabkan oleh jebakan udara atau aglomerasi partikel. Dengan menambahkan bahan tambahan seperti yttria atau magnesium oksida, seseorang dapat mengurangi suhu transformasi tetragonal menjadi monoklinik dan meningkatkan sifat sintering zirkonia.

Ketahanan Aus Yang Sangat Baik

ZTA tidak hanya unggul dalam hal ketahanan guncangan termal dan ketahanan korosi, tetapi juga sangat tahan aus karena mekanisme pembungkus transformasi fase tetragonal-monkliniknya. Lebih-lebih lagi, penelitian in vitro telah mengungkapkan bahwa komponen ZTA kurang rentan terhadap degradasi hidrotermal – sesuatu yang sangat penting dalam penggantian kepala femoralis dan keramik cangkir (seperti delta BIOLOX yang diproduksi oleh CeramTec).

Uji keausan simulasi yang dilakukan pada komponen ZTA yang terbuat dari material komposit alumina-zirkonia telah menghasilkan hasil yang mengesankan dalam hal ketahanan aus., kekuatan dan kekerasan lentur. Sampel ZTA yang terkena beberapa siklus dalam simulator pinggul menunjukkan degradasi minimal dengan kekasaran permukaan yang jauh lebih rendah dibandingkan komponen zirkonia monolitik.

Komponen ZTA telah terbukti cocok untuk aplikasi berat dalam manufaktur otomotif (perkakas pembentuk panas dan dingin, rol dan penggulung penutup kaleng); industri energi (bantalan, sisipan lubang dan pencari pusaran); pengolahan makanan (menghomogenisasi bagian-bagian pompa); dan industri energi. Sifat mekaniknya bergantung pada banyak variabel: rute persiapan yang digunakan untuk menyiapkan bubuk; metode pengeringan yang digunakan selama kalsinasi; teknik pembentukan yang diadopsi selama teknik sintering; pembentukan yang disesuaikan; aditif yang ditambahkan dan distribusi ukuran partikel antara lain.

Kekuatan Luar Biasa

Keramik ZTA menggunakan transformasi akibat stres untuk mengintegrasikan zirkonia ke dalam matriks alumina, meningkatkan kekuatan dan daya tahan dari waktu ke waktu. Hal ini menjadikan ZTA solusi keramik terbaik untuk aplikasi industri yang membutuhkan ketangguhan, ketahanan korosi yang tinggi, toleransi guncangan termal dan toleransi guncangan termal.

Di bawah tekanan, endapan metastabil tetragonal dalam alumina kubik mengalami transformasi mendadak menjadi partikel monoklinik yang meningkatkan ketangguhan patahnya dengan menciptakan lapisan permukaan tekan yang melekat pada retakan di dalam matriksnya.

Ketangguhan transformasi adalah fenomena yang dikenal sebagai ketangguhan patah, dimana peningkatan ketangguhan patah alumina menghasilkan panjang retak yang lebih pendek, lebih sedikit retak yang menumpulkan, dan meningkatkan interaksi dengan microcracks yang sudah ada sebelumnya. Hal ini memungkinkan kombinasi bantalan hard-on-hard dan hard-on-soft yang digunakan dalam keramik kelas medis modern seperti pengganti pinggul. Lebih-lebih lagi, Implan zirkonia yang distabilkan yttrium yang dikenal sebagai y-TZP memberikan perlindungan dari keausan seiring waktu.