Allumina rinforzata con zirconio – Maggiore forza per l’eccellenza industriale

Allumina rinforzata con zirconio (ZTA) è una ceramica eccezionale, caratterizzato da elevata tenacità e resistenza alla frattura grazie alle particelle di zirconio stabilizzato con ittrio disperse attraverso una matrice di allumina.

Questo materiale può resistere a rapidi cambiamenti di temperatura senza rompersi o rompersi, resiste alla corrosione chimica e offre un'eccellente resistenza agli shock termici.

Eccellente resistenza alla corrosione

Le ceramiche ZTA offrono un equilibrio ideale tra resistenza e valore, essendo più resistenti dei prodotti in allumina ma meno costosi della zirconia pura. Le loro proprietà meccaniche – tenacità alla frattura, resistenza alla flessione e durezza nonché resistenza agli shock termici – renderli adatti alla realizzazione di utensili industriali come le ruote da taglio.

ZTA raggiunge le sue proprietà superiori grazie all'aggiunta di zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) particelle all'interno di una matrice di allumina. Quando distribuito uniformemente ovunque, YSZ aiuta a ottimizzare sia la durezza-tenacità alla frattura che la resistenza alla trazione di entrambi gli elementi, garantendo un'eccezionale resistenza all'usura, inerzia chimica a temperatura ambiente e proprietà di durezza a caldo/resistenza allo strappo per un materiale ceramico eccezionale.

Prodotti ZTA’ le proprietà meccaniche dipendono fortemente dai loro percorsi di lavorazione per la produzione di polveri, compresi i trattamenti termici, metodi di calcinazione, tecniche di essiccazione e processi di sinterizzazione, nonché modellatura su misura con additivi aggiunti durante la produzione. Tutti questi fattori hanno un effetto immediato sulla loro forza, proprietà di elasticità e durezza.

Eccellente resistenza agli shock termici

Le ceramiche ZTA offrono un'eccellente resistenza agli shock termici, rendendoli una scelta eccellente per le applicazioni aerospaziali che richiedono elevati livelli di resistenza, tenacità, e inerzia chimica. Quando disperso uniformemente all'interno di una matrice di allumina, YSZ può essere ottimizzato. Una di queste ceramiche in zirconio-allumina rinforzata per trasformazione che offriamo è BIOLOX delta che può essere utilizzato per componenti ortopedici portanti come le protesi dell'anca.

La trasformazione indotta dallo stress dalla struttura metastabile tetragonale a monoclina di YSZ produce espansione di volume e deformazione di taglio che contrastano la propagazione delle cricche, aumentando la tenacità alla frattura e contemporaneamente migliorando la resistenza alla flessione. Le prestazioni di tale ceramica rinforzata con trasformazione di allumina-YSZ dipendono dalle condizioni di lavorazione e dalla sua stechiometria degli ossidi costituenti nel processo di sinterizzazione.

Condizioni di sinterizzazione scarsamente controllate possono comportare una bassa resistenza alla flessione e una scarsa omogeneità di una matrice di allumina-YSZ, potenzialmente a causa di intrappolamento di aria o agglomerazione di particelle. Aggiungendo additivi come ittrio o ossidi di magnesio, si può ridurre la temperatura di trasformazione da tetragonale a monoclina e migliorare le proprietà di sinterizzazione della zirconia.

Eccellente resistenza all'usura

ZTA non eccelle solo in termini di resistenza agli shock termici e alla corrosione, ma è anche altamente resistente all'usura grazie al suo meccanismo di involucro di trasformazione di fase tetragonale-monclinica. Inoltre, studi in vitro hanno rivelato che i componenti ZTA sono meno inclini alla degradazione idrotermale – qualcosa di importante importanza nella protesi della testa femorale e nella ceramica della coppa (come BIOLOX delta prodotto da CeramTec).

I test di usura simulati eseguiti su componenti ZTA realizzati con materiali compositi allumina-zirconio hanno prodotto risultati impressionanti in termini di resistenza all'usura, resistenza alla flessione e durezza. I campioni ZTA esposti a cicli multipli nel simulatore dell'anca hanno mostrato un degrado minimo con una rugosità superficiale significativamente inferiore rispetto ai componenti monolitici in zirconio.

I componenti ZTA si sono dimostrati adatti per applicazioni impegnative nella produzione automobilistica (attrezzature per formatura a caldo e a freddo, rulli e cabestani chiusura lattine); settore energetico (cuscinetti, inserti per orifizi e cercatori di vortici); lavorazione degli alimenti (parti della pompa omogeneizzante); e industria energetica. Le loro proprietà meccaniche dipendono da molte variabili: percorsi di preparazione utilizzati per preparare le polveri; metodi di essiccazione impiegati durante la calcinazione; tecniche di modellatura adottate durante le tecniche di sinterizzazione; modellatura su misura; additivi aggiunti e distribuzione granulometrica, tra gli altri.

Forza eccellente

Le ceramiche ZTA utilizzano la trasformazione indotta dallo stress per integrare la zirconia in una matrice di allumina, aumentandone la resistenza e la durata nel tempo. Ciò rende ZTA un'eccellente soluzione ceramica per applicazioni industriali che richiedono tenacità, elevata resistenza alla corrosione, tolleranza allo shock termico e tolleranza allo shock termico.

Sotto sforzo, i precipitati metastabili tetragonali nell'allumina cubica subiscono una brusca trasformazione in particelle monocline che ne aumentano la resistenza alla frattura creando strati superficiali compressivi che aderiscono alle crepe all'interno della sua matrice.

L'indurimento per trasformazione è un fenomeno noto come incrudimento alla frattura, in cui una maggiore tenacità alla frattura dell'allumina si traduce in una minore lunghezza della cricca, meno smussamento delle crepe, e migliori interazioni con le microfessure preesistenti. Ciò consente combinazioni di cuscinetti duro-duro e duro-morbido utilizzate nelle moderne ceramiche per uso medico come le protesi dell'anca. Inoltre, Gli impianti in zirconio stabilizzato con ittrio noti come y-TZP forniscono protezione dall'usura nel tempo.