Zirkonia Toughened Alumina

Komposit alumina-zirkonia dikeraskan melalui transformasi yang disebabkan oleh tegasan zarah zirkonia tetragonal halus kepada keras, bahan kuat dengan kekuatan dan keliatan melampau yang menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi dan persekitaran.

Gelcasting digunakan untuk membuat sampel ZTA, dengan perhatian yang teliti diberikan untuk mengoptimumkan penyediaan buburan dengan muatan pepejal yang berbeza, proses pengacuan dan de-acuan, pengeringan pelarut (osmotik berbanding pengeringan udara), dan proses pirolisis dan pensinteran di 1550 dan 1650 degC untuk tujuan pengeringan. Ketumpatan, kekerasan, keliatan patah dan penilaian kekuatan lentur telah dijalankan ke atas semua sampel yang difabrikasi menggunakan penuangan gel.

Ia mempunyai kekerasan yang tinggi

Alumina dikeraskan zirkonia (ZTA) sesuai untuk aplikasi yang menuntut kerana kekerasannya yang tinggi. Dibuat menggunakan tuangan gel, ZTA menawarkan penjimatan kos berbanding bahan seramik lain sambil mempunyai kekuatan yang unggul. ZTA boleh bertolak ansur dengan suhu 1650 degC sambil kekal kos efektif kerana terdiri daripada serbuk zirkonia dan alumina yang distabilkan yttria yang telah digabungkan menggunakan teknik penuangan gel dan pensinteran.

Seramik ZTA menonjol kerana keliatannya yang luar biasa kerana perubahannya daripada fasa tetragonal kepada monoklinik, meningkatkan keliatan patah sebanyak dua. Mekanisme ini disebabkan oleh perbezaan antara modulus elastik mereka antara fasa masing-masing – zirkonia dan alumina masing-masing – bermakna medan tegasan yang dicipta semasa transformasi fasa sebenarnya bertindak untuk mengurangkan perambatan retak menjadikan ZTA jauh lebih sukar daripada seramik alumina tradisional.

Alumina yang dikeraskan zirkonia mempunyai kekerasan yang unggul dan keliatan patah berbanding AlN, serta kekuatan lentur yang unggul berbanding kedua-dua bahan tersebut, menjadikannya calon yang sangat baik untuk aplikasi tenaga automotif dan mampan. Tambahan pula, ZTA mempunyai rintangan kejutan haba yang unggul serta sifat penebat elektrik yang baik, menjadikannya sesuai untuk kegunaan automotif dan kegunaan perubatan lain; lebih-lebih lagi, ZTA tidak mempamerkan kerosakan DNA atau kesan kanserogenetik dalam sel mamalia, menyediakan potensi penggunaan sebagai bahan implan pergigian kerana sifat mekanikal yang sangat baik dan sifat biokompatibiliti.

Ia mempunyai keliatan yang tinggi

Alumina dikeraskan zirkonia (ZTA), atau alumina dikeraskan zirkonium, ialah bahan seramik yang terdiri daripada alumina dan zirkonium yang menawarkan sifat mekanikal yang luar biasa seperti keliatan lentur yang tinggi, keliatan patah tulang, keanjalan, kekerasan dan rintangan haus. Nisbah antara bahan ini boleh diubah suai dengan mudah untuk memenuhi aplikasi tertentu; Produk ZTA mengatasi produk yang dibuat dengan zirkonia tulen sambil lebih menjimatkan kos.

Bahan ini telah berjaya digunakan dalam kepala femoral penggantian pinggul dan pelapik acetabular kerana biokompatibiliti dan keupayaan galas beban jangka panjang.. Namun begitu, kesesuaiannya mesti terlebih dahulu dinilai secara in vivo.

ZTA mencapai keliatan tinggi kerana struktur tetragonal metastabil dan daya mampatan daripada matriks alumina, di mana tegasan tegangan tinggi menyebabkan pengukuhan transformasi; iaitu, zirkonia bertukar kepada bentuk monoklinik apabila tertakluk kepada daya mampatan daripada matriks alumina, menghasilkan tenaga tegasan yang melambatkan atau menghentikan perambatan retak dengan itu menghasilkan kesan peneguhan transformasi yang menghalang perambatan retak.

ZTA mempunyai kekuatan lentur yang dipertingkatkan dengan ketara 99% seramik alumina kerana fasa tetragonal metastabil dan matriks alumina, jauh mengatasinya dalam hal ini. Namun begitu, komposit alumina-zirkonia mungkin menjadi rapuh disebabkan oleh kehomogenan yang lebih rendah dan perangkap udara serta penggumpalan zarah yang membawa kepada kecacatan mata dan penurunan kekuatan lenturan – namun prestasinya mengatasi seramik alumina tradisional dalam aplikasi perubatan dan industri.

Ia mempunyai kekuatan yang tinggi

Zirconia toughened alumina adalah bahan yang sangat tahan lama, yang menjadikannya sesuai untuk aplikasi galas beban. Dihasilkan melalui transformasi akibat tekanan zarah zirkonia tetragonal halus kepada matriks alumina, pengeluarannya menghasilkan pengedaran zarah yang sangat seragam dengan sifat kekuatan dan keliatan yang luar biasa.

Seramik juga sangat tahan terhadap kakisan kimia. Ia sesuai untuk banyak kegunaan termasuk implan perubatan dan bahan pergigian kerana keupayaannya untuk menahan pendedahan berulang kepada cecair badan dan bahan kimia.

ZTA juga menyerlah dengan rintangan kejutan habanya, kerana zarah zirkonianya tersebar dalam matriks alumina menyerap tenaga haba dan mencipta tegasan mampatan untuk mengelakkan pembentukan retak – ini membolehkan seramik ZTA digunakan dengan selamat untuk aplikasi suhu tinggi seperti komponen relau dan bahagian enjin turbin tanpa risiko kerosakan atau kegagalan.

ZTA memperoleh kekuatannya daripada struktur dan pengedaran zarah nano, serta penekanan isostatik panas dan pensinteran konvensional untuk meningkatkan kebolehpercayaan. Untuk fleksibiliti tambahan, ia juga boleh dihasilkan menggunakan kaedah fabrikasi sol-gel yang mengubah molekul menjadi pepejal – dalam contoh ini menggabungkan serbuk alumina dan serbuk zirkonia dalam cecair seperti gel yang kemudiannya boleh dibentuk ke dalam bentuk yang berbeza sebelum dibakar dalam ketuhar sehingga pengawetan telah berlaku sebelum dinyah-acuan dan dikeringkan untuk menghasilkan ZTA dengan struktur kristal halus berketumpatan tinggi bersama dengan kristal yang diubah., atom, keadaan elektronik yang mengakibatkan ZTA yang mempamerkan ketumpatan tinggi serta kristal yang diubah, keadaan atom serta struktur kristal yang diubah, struktur kristal yang diubah dan juga kristal yang diubah, keadaan atom yang mengakibatkan kristal berubah, keadaan atom untuk meningkatkan kebolehpercayaan.

Ia mempunyai rintangan suhu yang tinggi

Bahan ZTA menawarkan rintangan suhu yang unggul, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan yang melampau. Tambahan pula, rintangan kakisan dan kekuatan lenturan yang lebih tinggi menjadikan ZTA sesuai untuk pendedahan jangka panjang kepada suhu sehingga 1773 K – menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk pendedahan peralatan jangka panjang kepada tahap haba yang tinggi.

Penyelidikan terkini menunjukkan bahawa zirkonia meningkatkan sifat mekanikal alumina, khususnya keliatan dan kekuatan lenturnya. Kesan ini berlaku kerana zarah zirkonia membentuk tegasan mampatan pada matriks alumina apabila di bawah tekanan; tegasan mampatan ini membantu mengurangkan perambatan retak sambil meningkatkan keliatan patah secara serentak.

Banyak faktor mempengaruhi prestasi komposit ZTA, seperti kaedah dan suhu pensinterannya serta jumlah zirkonia yang ditambah. Secara amnya, menambahkan lebih banyak zirkonia cenderung untuk meningkatkan prestasi; walau bagaimanapun terlalu banyak zirkonia boleh mengurangkan kekuatan lenturnya serta keliatan patah.

Alumina-zirkonia-kuat alumina (ITU) adalah bahan seramik teknikal termaju yang digunakan dalam pelbagai aplikasi perindustrian. Dibina daripada alumina dan zirkonium oksida yang disambungkan oleh ikatan seramik yang meningkatkan kekuatan lentur dan keliatan patah bahan, AZT menjadikan bahan yang sangat baik untuk jentera yang terdedah kepada suhu tinggi seperti ketuhar dan relau.