Cirkonija rūdīts alumīnija oksīds

Cirkonija rūdīts alumīnija oksīds (ZTA) ir uzlabots keramikas materiāls, ko plaši izmanto vārstu blīvējumos, bukses, sūkņa sastāvdaļas un griezējinstrumenti tā stiprības un ķīmiskās stabilitātes dēļ – par ko liecina tā spēja izturēt lielas slodzes bez būtiskas degradācijas.

ZTA lepojas ar iespaidīgu termiskā trieciena pretestību un var izturēt pēkšņas temperatūras izmaiņas, kā arī straujas temperatūras svārstības. Lasiet tālāk, lai uzzinātu vairāk par tā mehāniskajām īpašībām!

Cietība

Alumīnija oksīda matricai pievienotais cirkonijs palielina tās cietību, izturība pret lūzumiem un lieces izturība, vienlaikus palielinot izturību pret nodilumu un eroziju. Parasti iesaistītais mehānisms ir fāzes transformācija, kam seko mikroplaisu veidošanās, bet var ietvert arī stresa teorijas teorijas pēc vajadzības.

Metastable tetragonāla cirkonija oksīda nogulsnes, kas veido smalku dispersiju alumīnija oksīda matricā, var spontāni pārveidoties monoklīniskās formās, kad plaisu izplatīšanās laikā tiek atcelts to ierobežojums, enerģijas nodrošināšana pret stresa laukiem, kas veicina plaisu izplatīšanos.

ZTA keramikai ir augstāka izturība pret lūzumiem un cietība, salīdzinot ar citām oksīdu bāzes inženierijas keramikām, kā arī divreiz lielāka Y-TZP cikliskā noguruma izturība. Kā tāds, tā īpašības padara to piemērotu lietojumiem, kuriem nepieciešama ārkārtēja nodilumizturība, ķīmiskā inerce un zema berze, kā arī augsta izturība un stingrība.

Fleksālais spēks

ZTA keramiku var izgatavot, mainot itrija stabilizētā cirkonija attiecību (Y-TZP) alumīnija oksīda matricā, izmantojot karsto izostatisko presēšanu, lai optimizētu cietības, lūzuma stingrības un lieces stiprības kombinācijas, kas rada nepārspējamu cikliskā noguruma pretestību, pārspējot vismodernāko tehnisko keramiku.

Metastīvs Y-TZP alumīnija oksīda matricā izraisa tetragonālās-monoklīniskās transformācijas fāzes aglomerātu veidošanos, kas palielina izturību pret lūzumiem, izmantojot fāzes transformācijas stingrību. (Klauzens 1976). Vēlams šķērsot plaisas, šie pārejas aglomerāti saspiedīs zonu pirms plaisas priekšpuses un samazinās tās progresēšanu, galu galā palielinot izturību pret lūzumiem.

Šīs materiāla struktūras rezultātā ir izveidoti alumīnija oksīda-cirkonija kompozītmateriāli, piemēram, BIOLOX Delta, plaši izmanto gūžas locītavas pilnīgai endoprotezēšanai un citām nesošām ortopēdiskām sastāvdaļām. Šim keramikas biomateriālam ir izcila nodilumizturība, ķīmiskā inerce istabas temperatūrā, termiskā triecienizturība un lieliska ķīmiskā inerce visās temperatūrās.

Izturība pret koroziju

Ķīmiski inerta un izturīga pret augstām temperatūrām un nodilumu, tas nodrošina izcilu veiktspēju salīdzinājumā ar 99 alumīnija oksīda keramika un ir arī rentablāka.

Cirkonija oksīds lepojas arī ar iespaidīgu stiepes izturību, lieces un elastības īpašības un bioloģiskā saderība – padarot to ideāli piemērotu medicīniskiem nolūkiem, piemēram, gūžas locītavas protezēšanai. Sakarā ar transformācijas rūdīšanu stresa apstākļos, cirkonija oksīda daļiņas mainās no metastabilas tetragonālas formas uz monoklīnisku formu, palīdzot efektīvāk aizvērt plaisas, vienlaikus palielinot izturību pret lūzumiem.

CeramTec (Biolox Delta) komercializē alumīnija oksīda-cirkonija oksīda kompozītmateriālu, kurā nestabilizēts cirkonija oksīds paliek tetragonālā fāzē, lai pārvaldītu šo transformāciju un nodrošinātu plaisu galu neasināšanu un plaisu novirzi, uzlabojot alumīnija oksīda matricas izturību. Cirkonija saturu materiālā var mainīt, izmantojot pulvera sagatavošanas un blīvēšanas metodes.

Termiskā triecienizturība

Cirkonija oksīds, kas pievienots primārajai alumīnija oksīda matricai saķepināšanas laikā, var ievērojami uzlabot tās izturību un stingrību, izveidojot tā saukto ZTA (Cirkonija rūdīts alumīnija oksīds), pārspēj parasto alumīnija oksīda keramiku gan mehāniskos, gan nodiluma lietojumos.

Cirkonija rūdīts alumīnija oksīds ir pazīstams ar tā izcilajām īpašībām, piemēram, augstu karsto cietību un satveršanas spēku, ķīmiskā inerce istabas temperatūrā, zems termiskās izplešanās ātrums un lieliska termiskā triecienizturība – ideālas īpašības detaļu frēzēšanai, kā arī dilstošām daļām, kurām nepieciešami dzesēšanas mehānismi.

CeramTec tirgo ZTA ar nosaukumu Biolox delta, kurā ir alumīnija oksīda matrica ar izkliedētām Y-TZP daļiņām (17 svars/masas %) un stroncija alumināta trombocītus (0.5 svars/masas %), nodrošinot efektīvu tetragonālas uz monokliniskas fāzes pārveidošanas mehānismu un plaisu novirzīšanas mehānismu kombināciju, lai nodrošinātu uzlabotu izturību, kas padara to ideāli piemērotu primārajām THA procedūrām uz augšstilba kaula nesošajām virsmām.

Elektriskā izolācija

Ar cirkoniju rūdīts alumīnija oksīds var izturēt termisko triecienu, neplaisājot vai nesalūstot pēkšņās temperatūras izmaiņās, pateicoties izkliedētajām alumīnija oksīda daļiņām, kas izkliedētas tās matricā, kas absorbē siltumenerģiju un rada spiedes spriegumus, kas novērš lūzumus.

Alumīnija-cirkonija oksīda keramika ir blīvāka nekā tās tīrā cirkonija oksīda ekvivalents, padarot to ideāli piemērotu elektroizolācijas lietojumiem. Turklāt, tā zemākā termiskā izplešanās nekā cirkonija oksīds padara to piemērotu detaļām, kurām nepieciešama dzesēšana.

Alumīnija-cirkonija kompozītu transformācijas rūdīšana sniedz papildu priekšrocības; šeit, cirkonija oksīda graudi alumīnija oksīda matricā iziet metastabilu fāzi, kurā to graudi tiek pārveidoti no tetragonālām uz monoklīniskām struktūrām, tādējādi samazinot sprieguma izraisīto plaisāšanu, palielinot izturību pret nodilumu un triecienu. Ar alumīnija oksīdu rūdīts cirkonijs parasti rodas piroforas reakcijas rezultātā, kurā iesaistīts cirkonijs(IV) oksīda oktahidrāts, Alumīnija nitrāta nanohidrāts Trietilamīns un HNO3(Slāpekļskābe); daļiņu izmēru palielināšana vēl vairāk veicina metastabila cirkonija graudu izkliedi.