Cirkonio grūdintas aliuminio oksidas

Grūdintas cirkonio dioksidas (ZTA) yra pažangi keraminė medžiaga, plačiai naudojama vožtuvų sandarikliuose, įvorės, siurblio komponentai ir pjovimo įrankiai dėl savo stiprumo ir cheminio stabilumo – tai patvirtina jo gebėjimas atlaikyti dideles apkrovas be reikšmingo pablogėjimo.

ZTA pasižymi įspūdingu atsparumu šiluminiam smūgiui ir gali atlaikyti staigius temperatūros pokyčius, taip pat greiti temperatūros svyravimai. Skaitykite toliau, kad sužinotumėte daugiau apie jo mechanines savybes!

Kietumas

Į aliuminio oksido matricą pridėtas cirkonis padidina jos kietumą, atsparumas lūžiams ir lenkimo stiprumas, kartu padidinant atsparumą dilimui ir erozijai. Paprastai naudojamas mechanizmas yra fazinė transformacija, po kurios susidaro mikroįtrūkimai, bet taip pat gali būti taikomos streso teorijos teorijos, jei taikoma..

Metastabilios tetragoninės cirkonio oksido nuosėdos, kurios sudaro smulkią dispersiją aliuminio oksido matricoje, gali spontaniškai virsti monoklininėmis formomis, kai jų suvaržymai panaikinami plyšio plitimo metu, energijos tiekimas įtempių laukams, skatinantiems įtrūkimų plitimą.

ZTA keramika pasižymi didesniu atsparumu ir kietumu, palyginti su kita oksido pagrindu pagaminta inžinerine keramika, taip pat dvigubai didesnis už Y-TZP ciklinį nuovargio stiprumą. Kaip tokia, Dėl savo savybių jis tinka naudoti, kurioms reikalingas ypatingas atsparumas dilimui, cheminis inertiškumas ir maža trintis, taip pat didelis stiprumas ir standumas.

Lankstumo stiprumas

ZTA keramika gali būti pagaminta pakeitus itriu stabilizuoto cirkonio santykį (Y-TZP) aliuminio oksido matricoje naudojant karštą izostatinį presavimą, optimizuoti kietumo, lūžimo kietumo ir lenkimo stiprumo derinius, dėl kurių gaunamas neprilygstamas atsparumas cikliniam nuovargiui, viršijantis pažangiausią techninę keramiką.

Dėl metastabilaus Y-TZP aliuminio oksido matricoje susidaro tetragoninės-monoklininės transformacijos fazės aglomeratai, kurie padidina atsparumą lūžiams dėl fazinės transformacijos standinimo. (Clausenas 1976). Pageidautina kirsti įtrūkimus, šie pereinamieji aglomeratai suspaus zoną prieš įtrūkimo priekį ir sumažins jo progresavimą, galiausiai padidina atsparumą lūžiams.

Dėl šios medžiagos struktūros buvo sukurti aliuminio oksido ir cirkonio oksido kompozitai, tokie kaip BIOLOX Delta, plačiai naudojamas viso klubo sąnario protezavimui ir kitiems apkrovą laikantiems ortopediniams komponentams. Ši keraminė biomedžiaga pasižymi išskirtiniu atsparumu dilimui, cheminis inertiškumas kambario temperatūroje, atsparumas šiluminiam smūgiui ir puikus cheminis inertiškumas bet kokioje temperatūroje.

Atsparumas korozijai

Chemiškai inertiškas ir atsparus aukštai temperatūrai bei nusidėvėjimui, jis užtikrina puikų našumą, palyginti su 99 aliuminio oksido keramika ir yra ekonomiškesnis.

Cirkonis taip pat pasižymi įspūdingu tempimo stiprumu, lenkimo ir elastingumo savybės bei biologinis suderinamumas – todėl idealiai tinka medicinos reikmėms, pavyzdžiui, klubo sąnario pakeitimams. Dėl transformacijos grūdinimo streso sąlygomis, cirkonio dalelės iš metastabilios tetragoninės formos keičiasi į monoklininę formą, padeda efektyviau uždaryti įtrūkimus ir padidina atsparumą lūžiams.

CeramTec (Biolox Delta) komercializuoja aliuminio oksido ir cirkonio oksido kompozitą, kuriame nestabilizuotas cirkonis lieka tetragoninėje fazėje, kad suvaldytų šią transformaciją ir užtikrintų įtrūkimų antgalių atbukimą ir įtrūkimų nuokrypį, pagerinti aliuminio oksido matricos kietumą. Cirkonio kiekis medžiagoje gali būti pakeistas miltelių paruošimo ir tankinimo būdais.

Atsparumas šiluminiam smūgiui

Cirkonio oksidas, pridėtas prie pirminės aliuminio oksido matricos sukepinimo metu, gali žymiai padidinti jos stiprumą ir kietumą, sukurti tai, kas žinoma kaip ZTA (Cirkonio grūdintas aliuminio oksidas), pranoksta įprastą aliuminio oksido keramiką tiek mechaninėje, tiek nusidėvėjimo srityje.

Grūdintas cirkonio oksidas pasižymi išskirtinėmis savybėmis, tokiomis kaip didelis karštas kietumas ir atsparumas susitraukimui, cheminis inertiškumas kambario temperatūroje, mažas šiluminio plėtimosi greitis ir puikus atsparumas šiluminiam smūgiui – idealios savybės frezuojant komponentus, taip pat susidėvinčias dalis, kurioms reikalingi aušinimo mechanizmai.

CeramTec parduoda ZTA, vadinamą Biolox delta, kurioje yra aliuminio oksido matrica su išsklaidytomis Y-TZP dalelėmis (17 svoris/masės %) ir stroncio aliuminato trombocitai (0.5 svoris/masės %), suteikdamas veiksmingą tetragoninių į monoklininių fazių transformacijos mechanizmų ir įtrūkimų nukreipimo mechanizmų derinį, kad būtų užtikrintas geresnis tvirtumas, todėl tai idealiai tinka pirminėms THA procedūroms ant šlaunikaulio laikančių paviršių.

Elektros izoliacija

Cirkonio dioksidu grūdintas aliuminio oksidas gali atlaikyti šiluminį smūgį, neskilęs ar nesulūžęs dėl staigių temperatūros pokyčių, dėl jo matricoje išsklaidytų aliuminio oksido dalelių, kurios sugeria šiluminę energiją ir sukuria gniuždymo įtempius, kurie apsaugo nuo lūžių.

Aliuminio-cirkonio oksido keramika yra tankesnė nei gryno cirkonio oksido atitikmuo, todėl idealiai tinka elektros izoliacijai. Be to, dėl mažesnio nei cirkonio šiluminio plėtimosi jis tinka dalims, kurias reikia aušinti.

Aliuminio oksido ir cirkonio oksido kompozitų transformacinis grūdinimas suteikia papildomų privalumų; čia, cirkonio oksido grūdeliai aliuminio oksido matricoje pereina metastabilią fazę, kurios metu jų grūdeliai transformuojasi iš tetragoninių į monoklinines struktūras, taip sumažinant įtempių sukeltą įtrūkimą, padidinant atsparumą dilimui ir smūgiams. Aliuminio oksidu grūdintas cirkonis paprastai susidaro per piroforinę reakciją, kurioje dalyvauja cirkonis(IV) oksido oktahidratas, Aliuminio nitrato nanohidratas trietilaminas ir HNO3(Azoto rūgštis); Didėjantys dalelių dydžiai dar labiau prisideda prie metastabilaus cirkonio oksido grūdelių sklaidos.