Robustezza senza pari con l'allumina temprata con zirconio (ZTA) Ceramica

Allumina rinforzata con zirconio (ZTA) la ceramica vanta una tenacità senza pari. Vantano una resistenza all'usura superiore, inerzia chimica e basso attrito per prestazioni senza sforzo nelle attività quotidiane – per non parlare della maggiore durezza e rigidità rispetto ai metalli.

ZTA coinvolge agglomerati policristallini di zirconio tetragonale metastabili in una matrice di allumina che subiscono una trasformazione di fase indotta da stress in forma monoclina sotto stress, disperdendo così la tensione di taglio e arrestando la propagazione delle cricche, comunemente noto come rafforzamento della trasformazione.

Resistente alla corrosione

ZTA offre una resistenza chimica superiore rispetto all'allumina pura e può resistere a temperature estreme senza degradazione, rendendolo la scelta del materiale ideale per applicazioni industriali in ambienti e condizioni difficili.

La tenacità di ZTA è migliorata dalle particelle di zirconio che disperdono e assorbono energia, aiutando a prevenire le screpolature. Quando drogato con ossido di ittrio, la zirconia cambia da fase tetragonale metastabile a fase monoclina durante lo stress per creare sollecitazioni di compressione che aumentano la resistenza alla frattura.

Le ceramiche a base di zirconio come ZTA contengono particelle di allumina per resistere allo shock termico. Ciò gli consente di resistere a rapidi cambiamenti di temperatura senza crepe o guasti in applicazioni ad alte prestazioni come la molatura e il taglio; la sua bassa espansione lineare e torsionale offre eccezionali capacità di carico e prestazioni. ZTA si vanta 2-3 resistenza alla trazione volte più forte rispetto all'allumina pura pur avendo bassi coefficienti di espansione lineare/torsionale per capacità di carico e prestazioni eccezionali.

Elevata rigidità

ZTA combina la resistenza e la durata dell'allumina con la tenacità della zirconia per un materiale eccezionale per applicazioni impegnative. Questa combinazione offre una resistenza senza pari, tenacità alla frattura, proprietà di elasticità e durezza in un unico pacchetto.

Claussen scoperto in 1976 che l'aggiunta di zirconia non stabilizzata all'allumina aumenta significativamente la sua resistenza alla frattura, a causa della trasformazione tetragonale-monoclina dei fini precipitati tetragonali dispersi all'interno della sua matrice. A tali precipitati metastabili viene impedito di cambiare finché non vengono rilasciati dall'avvicinarsi di un fronte di fessura o da altra fonte di sollievo dal loro vincolo, come sciogliendosi.

Zirconia stabilizzata con ittrio al 10% in moli pressata a caldo (10YSZ), rinforzato con particelle o piastrine contenenti da 0 al 30% in peso di allumina sono stati sottoposti a una resistenza rigorosa, test di resistenza alla frattura e crescita lenta delle cricche a 1000°C in aria. I risultati hanno dimostrato che con questo contenuto di composizione è stata raggiunta la massima resistenza alla flessione e resistenza alla frattura per i compositi piastrinici.

Elevata resistenza alla trazione

Le ceramiche di zirconio offrono una straordinaria combinazione di resistenza, resilienza, e una versatilità che supera di gran lunga la ceramica tecnica tradizionale. Le formulazioni di zirconio come ZTA forniscono soluzioni per le applicazioni più difficili di oggi, che vanno dai componenti aerospaziali che resistono in ambienti difficili agli impianti biomedici di prossima generazione progettati per la longevità – fornendo soluzioni affidabili per le esigenze più urgenti di oggi.

ZTA si distingue tra gli altri materiali per la sua resistenza alla flessione superiore, tenacità alla frattura e resistenza alla propagazione delle cricche grazie alla sua fase tetragonale metastabile. Questa trasformazione in zirconia monoclina a bassa temperatura comprime la zona davanti al fronte della fessura per arrestare l'ulteriore crescita.

Zirconia parzialmente stabilizzata con ittrio (Y-TZP) e zirconio parzialmente stabilizzato con cerio (Cosa-TZP) mostrano eccezionali caratteristiche di tenacità simili allo ZTA grazie alla ritenzione della fase tetragonale mantenendo l'ittrio o il cerio a temperature più basse, consentendo la trasformazione a un intervallo di temperature più gestibile e mostrando meno danni superficiali durante i test di carico ciclico rispetto alle controparti in allumina.

Basso attrito

La zirconio è una delle ceramiche tecniche più dure disponibili e le sue proprietà di basso attrito contribuiscono ad aumentare la resistenza all'usura riducendo al contempo i requisiti di lubrificazione.

La ceramica ZTA contiene allumina per la massima tenacità. Ciò consente alle particelle di zirconio tetragonale metastabile stabilizzato con ittrio in una matrice di allumina di rimanere inalterate, rimanendo cristallizzato in virtù di una rete intrecciata di grani.

La composizione controllata e le condizioni di lavorazione garantiscono che non si verifichi una trasformazione spontanea da tetragonale a monoclina durante il raffreddamento dalla temperatura di sinterizzazione, contribuendo alla capacità multi-hit nelle prove di resistenza alla frattura. Inoltre, l'elevata omogeneità dei compositi allumina-zirconio con granulometrie piccole determina una minore energia di cricca che a sua volta si traduce in lunghezze di cricca più brevi durante i test di indentazione del diamante.

Elevata dilatazione termica

La forza legante della matrice di allumina consente di impedire alle particelle di zirconio tetragonale di trasformarsi in zirconia monoclina durante il raffreddamento, facendo così 10 neo % compositi zirconio-allumina stabilizzati con ittrio, stabili e privi di crepe.

L'aggiunta di cerio alla zirconia ne consente la parziale stabilizzazione (Cosa-TZP). Ce-TZP mantiene la sua fase tetragonale a temperatura ambiente e aumenta significativamente la tenacità, tenacità alla frattura e resistenza alla flessione rispetto ai tradizionali materiali ceramici dentali.

Compositi di allumina rinforzata con zirconio che incorporano Ce-TZP, zirconio stabilizzato con ittrio (Y-TZP), o zirconia stabilizzata con magnesia (Mg-PSZ) mostrano una tenacità eccezionale che supera quella sia dell'allumina che della zirconia monolitica, rendendo ZTA il candidato perfetto per applicazioni impegnative come gli impianti medici, componenti aerospaziali e macchinari industriali. ZTA vanta anche molte proprietà di resistenza chimica che lo proteggono dagli acidi, soluzioni saline, sali fusi, alcali e alte temperature.