Цирконија зацврстена Алумина

Цирконија ја зацврсти алумината (ZTA) е напреден керамички материјал кој широко се користи во заптивките на вентилите, чаури, компоненти на пумпата и алати за сечење поради неговата цврстина и хемиска стабилност – за што сведочи неговата способност да издржи тешки товари без значителна деградација.

ZTA може да се пофали со импресивна отпорност на термички шок и може да издржи нагли промени во температурните промени, како и брзи температурни промени. Прочитајте за да дознаете повеќе за неговите механички својства!

Цврстина

Цирконија додадена во алуминиумска матрица ја зголемува нејзината цврстина, цврстина на фрактура и цврстина на виткање додека ја зголемува отпорноста на абење и ерозија. Механизмот вообичаено вклучен е фазна трансформација проследена со формирање на микропукнатини, но може да вклучи и теории на теоријата на стрес како што е применливо.

Метастабилните тетрагонални цирконски преципитати кои формираат фина дисперзија во матрицата на алуминиум може да подлежат на спонтана трансформација во моноклинични форми кога нивното ограничување ќе се укине за време на ширењето на пукнатината, обезбедувајќи енергија против напоните полиња кои предизвикуваат ширење на пукнатините.

ZTA керамиката има супериорна цврстина на фрактура и цврстина во споредба со другите инженерски керамика базирани на оксид, како и двојно поголема јачина на цикличниот замор од Y-TZP. Како таков, неговите својства го прават погоден за апликации кои бараат екстремна отпорност на абење, хемиска инертност и мало триење како и висока јачина и вкочанетост.

Јачина на свиткување

ZTA керамиката може да се направи со менување на односот на цирконија стабилизирана со итриа (Y-TZP) во рамките на алуминиумска матрица користејќи топло изостатско притискање, да се оптимизираат комбинации цврстина-цврстина на фрактура-флексурална цврстина што резултираат со неспоредлива отпорност на цикличен замор што ја надминува најнапредната техничка керамика.

Метастабилниот Y-TZP во алуминиумска матрица резултира со формирање на агломерати на фазата на тетрагонално-моноклинична трансформација кои ја зголемуваат цврстината на фрактура преку вкочанетост на фазна трансформација (Клаузен 1976). Претпочитано преминување на пукнатини, овие преодни агломерати ќе ја компресираат зоната пред фронтот на пукнатината и ќе ја намалат нејзината прогресија, на крајот се зголемува цврстината на фрактура.

Оваа материјална структура доведе до создавање на композити од алумина-цирконија како што е BIOLOX Delta, интензивно се користи за целосна замена на колк и други носечки ортопедски компоненти. Овој керамички биоматеријал се одликува со извонредна отпорност на абење, хемиска инертност на собна температура, Отпорност на термички удар и одлична хемиска инертност на сите температури.

Отпорност на корозија

Хемиски инертен и отпорен на високи температури и абење, обезбедува супериорни перформанси во споредба со 99 алуминиумска керамика и е исто така поисплатлива.

Цирконија, исто така, може да се пофали со импресивна цврстина на истегнување, флексурални и еластични својства и биокомпатибилност – што го прави идеален за медицинска употреба како замена на колк. Поради зацврстување на трансформацијата при стресни услови, цирконските честички се менуваат од метастабилна тетрагонална форма во моноклинична форма, помагајќи поефикасно да се затворат пукнатините додека се зголемува цврстината на фрактура.

CeramTec (Биолокс Делта) комерцијализира композит од алумина-цирконија каде што нестабилизираната цирконија останува во тетрагонална фаза за да се справат со оваа трансформација и да се обезбеди затапување на врвот на пукнатината и девијација на пукнатината, подобрување на цврстината на алумина матрицата. Содржината на цирконија во материјалот може да се промени преку техники за подготовка на прав и згуснување.

Отпорност на термички удар

Цирконија додадена во примарната алуминиумска матрица за време на синтерување може значително да ја подобри нејзината сила и цврстина, создавање на она што е познато како ZTA (Цирконија зацврстена Алумина), надминувајќи ја обичната алумина керамика и во механички и при абење.

Алумина зајакната со цирконија е забележана по своите исклучителни својства како што се висока цврстина на топлина и сила на занес, хемиска инертност на собна температура, ниски стапки на термичка експанзија и одлична отпорност на термички шок – идеални својства за компоненти за глодање, како и за абење делови кои бараат механизми за ладење.

CeramTec продава ZTA наречена Biolox delta која содржи матрица од алуминиум со дисперзирани Y-TZP честички (17 тежина / wt%) и тромбоцити на стронциум алуминат (0.5 тежина / wt%), обезбедување на ефикасна комбинација на механизми за трансформација на фаза од тетрагонална во моноклинична и механизми за отклонување на пукнатините за да се обезбеди подобрена цврстина, што го прави ова идеално за примарни THA процедури на феморалните површини на лежиштето.

Електрична изолација

Алумина зацврстена со цирконија може да издржи термички шок без пукање или кршење при ненадејни промени во температурата, благодарение на дисперзираните честички од алумина дисперзирани во нејзината матрица кои ја апсорбираат топлинската енергија и создаваат притисок на притисок што спречува фрактури.

Алумина-цирконската керамика е погуста од нејзината чиста цирконија, што го прави идеален за апликации за електрична изолација. Понатаму, неговата помала термичка експанзија од цирконија го прави погоден за делови кои бараат ладење.

Трансформациското зацврстување на композитите од Алумина-цирконија нуди дополнителни предности; овде, Зрната цирконија во матрицата на алуминиум се подложени на метастабилна фаза каде што нивните зрна се подложени на трансформација од тетрагонални во моноклинични структури, со што се намалува пукањето предизвикано од стрес со зголемување на отпорноста против абразија и удар. Цирконија зајакната со алуминиум обично се јавува преку пирофорна реакција која вклучува циркониум(IV) оксид октахидрат, Алуминиум нитрат нанохидрат Триетиламин и HNO3(Азотна киселина); зголемувањето на големината на честичките дополнително ја помага дисперзијата на метастабилните зрна цирконија.