Zirkonia Toughened Alumina untuk Aplikasi Lanjutan

ZTA ialah bahan komposit alumina-zirkonia, dibezakan oleh kekuatan dan ketangguhan yang unggul. Dihasilkan melalui transformasi yang disebabkan oleh tegasan zarah zirkonia tetragonal halus dalam matriks alumina.

Seramik zirkonia adalah bahan teknikal yang luar biasa, mempunyai kekerasan yang sangat baik, kestabilan haba, rintangan haus dan persekitaran operasi di mana banyak seramik lain tidak dapat berfungsi. Logam dan plastik tidak boleh dibandingkan. Tambahan pula, seramik zirkonia juga mempamerkan kekerasan yang luar biasa untuk membuat alat.

kekuatan

ZTA menonjol di kalangan bahan seramik dengan kekuatan dan keliatan yang luar biasa, rintangan haus, lengai kimia, pekali geseran rendah, nisbah kekerasan/kekakuan yang tinggi dan pekali pengembangan haba yang agak rendah berbanding kebanyakan yang lain – menjadikannya bahan yang sesuai untuk aplikasi seperti alat pemotong. Tambahan pula, biokompatibilitinya juga menjadikan ZTA sebagai pilihan bahan yang menarik.

ZTA ditakrifkan oleh pengedaran zarah zirkonia tetragon yang sangat seragam dalam matriks alumina. Ini dicapai menggunakan teknik pencampuran yang canggih seperti pengilangan bola dan pengilangan gesekan bertenaga tinggi; setelah dicampur bersama serbuk kemudiannya boleh dibentuk menjadi komponen yang dimaksudkan menggunakan penekan kering, menekan isostatik, pengacuan suntikan atau teknik penyemperitan.

Zirkonia tersebar di seluruh matriks alumina meningkatkan keliatan patah dengan menyerap dan menghilangkan tenaga retak, dikenali sebagai pengukuhan transformasi. Zirkonia juga menyumbang kepada rintangan haus dengan menghasilkan tegasan mampatan yang menghalang perambatan retak – dikenali sebagai mengasah diri – menjadikan ZTA pilihan bahan yang sangat baik untuk roda pengisaran.

Ketangguhan

Zirkonia Toughened Alumina (ZTA) seramik mempunyai kekuatan yang mengagumkan dan keliatan patah, menjadikannya sempurna untuk digunakan merentasi pelbagai aplikasi dan persekitaran. Daya tahan yang luar biasa ini datang daripada perubahan fasa yang disebabkan oleh tekanan halus, zarah-zarah zirkonia tetragonal tersebar seragam tersebar dalam matriks alumina; tegasan mendorong transformasi fasa untuk menghasilkan rangkaian microcrack zirkonia-alumina yang menyerap tenaga perambatan retak dengan berkesan melambatkan penyebarannya sambil meningkatkan rintangan patah (Clausen 1976).

ZTA menyerlah kerana rintangan kejutan haba yang luar biasa. Terima kasih kepada gabungan unik komposisi fasa tetragonal-monoklinik, seramik ini boleh menahan perubahan suhu yang cepat tanpa retak atau pecah, manakala transformasi zirkonia yang disebabkan oleh tegasan ke dalam bentuk tetragonal metastabil menjana tegasan mampatan yang menentang pembentukan keretakan dalam matriks aluminanya dan meningkatkan keliatan dengan ketara sekali gus meningkatkan lagi prestasi ZTA.

ZTA bukan sahaja bermegah dengan kekuatannya, struktur tetragonal-monoklinik dan keliatan patah yang tinggi, tetapi juga pekali pengembangan haba yang rendah (CTE), menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan suhu atau persekitaran yang melampau di mana kestabilan dimensi adalah penting, seperti komponen ketepatan atau pakej elektronik.

ZTA menonjol di kalangan bahan implan perubatan kerana gabungan rintangan kimianya, sifat mekanikal dan tekanan dibantu rintangan kakisan dalam air atau cecair badan, menjadikannya calon utama untuk implan perubatan seperti kepala femoral ortopedik dan pelapik acetabular. Biomaterial BioLOX Delta ialah satu contoh sedemikian; digunakan secara meluas semasa pembedahan ortopedik untuk kedua-dua aplikasi.

Rintangan Kakisan

ZTA mempunyai sifat unggul kedua-dua alumina dan zirkonia, menjadikannya sangat tahan terhadap serangan kimia dan haus, menjadikannya sempurna untuk aplikasi yang melibatkan persekitaran yang terdedah kepada kakisan atau geseran berulang atau tekanan mekanikal.

Menggabungkan kekerasan alumina dengan keliatan zirkonia menghasilkan sifat tribologi yang sangat baik yang menjadikan rintangan haus yang sangat baik dalam komponen dengan beban berat dan penggunaan jangka panjang, seperti implan ortopedik, alat pemotong dan komponen tahan haus yang digunakan dalam pengurusan bendalir (panduan benang, galas, muncung dll). Gabungan ini digunakan terutamanya dalam tetapan perubatan dan industri seperti implan ortopedik, alat pemotong atau pengurusan cecair (muncung galas pemandu benang dll).

Keliatan patah yang dipertingkatkan ZTA boleh dikaitkan dengan zarah zirkonia yang teragih halus dalam matriks aluminanya. Apabila retak mula merambat, apabila tenaga mereka bertambah dan merambat lebih jauh, bijirin zirkonia tetragonal ini menjalani transformasi fasa untuk menyerap dan menghilangkannya sebagai sebahagian daripada mekanisme peneguhan transformasi – justeru meningkatkan keliatan patah bahan ini.

Kejayaan dalam pembuatan seramik ZTA terletak pada penggunaan serbuk zirkonia dan alumina berkualiti premium yang bebas daripada kekotoran. Pensinteran mesti dikawal untuk mengelakkan transformasi zirkonia tetragon-ke-monoklinik spontan semasa penyejukan dan untuk meminimumkan pembentukan fasa monoklinik metastabil yang terdedah kepada kemisorpsi dengan molekul air yang membawa kepada degradasi suhu rendah dalam penggunaan jangka panjang.; Proses pensinteran seramik ZTA Saint-Gobain ZirPro telah dicipta secara khusus untuk mengelakkan fenomena yang tidak diingini sedemikian. Nasib baik, seramik ZTA seramik Saint-Gobain ZirPro direka khusus untuk mengelakkan fenomena sedemikian daripada berlaku –

Kestabilan Terma

Zirkonia Toughened Alumina (ZTA) boleh menahan perubahan suhu yang cepat tanpa retak atau pecah, terima kasih kepada zarah zirkonia yang tersebar dalam matriks alumina yang menyerap tenaga haba dan mewujudkan tegasan mampatan yang menghalang keretakan dan kegagalan. Kerana ZTA menyerap tenaga haba dengan begitu berkesan, bahan ini membuat pilihan yang sangat baik untuk aplikasi yang menuntut rintangan suhu tinggi.

Penambahan zirkonia pada matriks alumina boleh meningkatkan keliatan patah dan pada masa yang sama meningkatkan sifat mekanikal seperti kekuatan dan rintangan haus. Keliatan patah yang meningkat dalam ZTA adalah disebabkan oleh transformasi yang disebabkan oleh tekanan daripada fasa tetragonal metastabil kepada fasa monoklinik pada suhu ambien; kesan yang diperkuatkan oleh saiz butiran zirkonia yang lebih kecil daripada yang terdapat dalam alumina.

Penstabil sering digunakan untuk mengekalkan fasa zirkonia tetragon dalam bahan ZTA seperti Biolox Delta; walau bagaimanapun, keputusan yang sama boleh dicapai tanpa penstabil dari segi taburan zarah dan keliatan patah.

Gabungan alumina dan zirkonia menghasilkan seramik termaju yang unggul pada kekuatan, keliatan patah tulang, keanjalan dan kekerasan – ciri penting untuk aplikasi yang memerlukan prestasi struktur dan rintangan kakisan. Seramik ZTA cenderung untuk mengatasi prestasi 99% seramik alumina adalah kos efektif sambil memenuhi keperluan aplikasi tertentu dengan lebih cekap; nisbah mereka malah boleh disesuaikan secara khusus.