Zirkonia Toughened Alumina

Alumina dikeraskan zirkonia (ZTA) adalah bahan seramik termaju yang digunakan secara meluas dalam pengedap injap, sesendal, komponen pam dan alat pemotong kerana kekuatan dan kestabilan kimianya – seperti yang dibuktikan oleh keupayaannya untuk menahan beban berat tanpa kemerosotan yang ketara.

ZTA mempunyai rintangan kejutan haba yang mengagumkan dan boleh menahan perubahan mendadak dalam perubahan suhu, serta perubahan suhu yang cepat. Baca terus untuk mengetahui lebih lanjut tentang sifat mekanikalnya!

Kekerasan

Zirkonia yang ditambahkan pada matriks alumina meningkatkan kekerasannya, keliatan patah dan kekuatan lentur sambil meningkatkan daya tahan terhadap haus dan hakisan. Mekanisme yang lazimnya terlibat ialah transformasi fasa diikuti oleh pembentukan mikrocrack tetapi mungkin juga melibatkan teori teori tekanan yang berkenaan..

Mendakan zirkonia tetragonal metastabil yang membentuk serakan halus dalam matriks alumina boleh mengalami perubahan spontan ke dalam bentuk monoklinik apabila kekangannya ditarik balik semasa perambatan retak, membekalkan tenaga terhadap medan tegasan memacu perambatan retak.

Seramik ZTA mempunyai keliatan dan kekerasan patah yang unggul berbanding seramik kejuruteraan berasaskan oksida yang lain, serta dua kali ganda kekuatan keletihan kitaran Y-TZP. Oleh itu, sifatnya menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan rintangan haus yang melampau, lengai kimia dan geseran rendah serta kekuatan dan kekakuan yang tinggi.

Kekuatan lentur

Seramik ZTA boleh dibuat dengan mengubah nisbah zirkonia terstabil yttria (Y-TZP) dalam matriks alumina menggunakan tekanan isostatik panas, untuk mengoptimumkan gabungan kekerasan-patah keliatan-kekuatan lentur yang menghasilkan rintangan lesu kitaran yang tiada tandingan mengatasi seramik teknikal yang paling maju.

Y-TZP metastabil dalam matriks alumina menghasilkan pembentukan aglomerat fasa transformasi tetragonal-monoklinik yang meningkatkan keliatan patah melalui pengerasan transformasi fasa (Clausen 1976). Lebih disukai melintasi retakan, aglomerat peralihan ini akan memampatkan zon di hadapan hadapan retak dan mengurangkan perkembangannya, akhirnya meningkatkan keliatan patah.

Struktur bahan ini telah membawa kepada penciptaan komposit alumina-zirkonia seperti BIOLOX Delta, digunakan secara meluas untuk penggantian pinggul total dan komponen ortopedik galas beban lain. Biomaterial seramik ini mempunyai rintangan haus yang luar biasa, lengai kimia pada suhu bilik, rintangan renjatan haba dan lengai kimia yang sangat baik pada semua suhu.

Rintangan Kakisan

Lengai secara kimia dan tahan terhadap suhu tinggi dan haus, ia memberikan prestasi yang unggul berbanding dengan 99 seramik alumina dan lebih menjimatkan kos juga.

Zirkonia juga mempunyai kekuatan tegangan yang mengagumkan, sifat lentur dan keanjalan dan biokeserasian – menjadikannya sesuai untuk kegunaan perubatan seperti penggantian pinggul. Disebabkan pengukuhan transformasi di bawah keadaan tekanan, zarah zirkonia berubah daripada bentuk tetragonal metastabil kepada bentuk monoklin, membantu menutup rekahan dengan lebih cekap sambil meningkatkan keliatan patah.

CeramTec (Delta Biolox) mengkomersialkan komposit alumina-zirkonia di mana zirkonia tidak stabil kekal dalam fasa tetragonal untuk menguruskan transformasi ini dan memberikan ketumpulan hujung retak dan sisihan retak, meningkatkan keliatan matriks alumina. Kandungan zirkonia bahan boleh diubah melalui penyediaan serbuk dan teknik ketumpatan.

Rintangan Kejutan Terma

Zirkonia yang ditambahkan pada matriks alumina primer semasa pensinteran boleh meningkatkan kekuatan dan keliatannya dengan ketara, mencipta apa yang dikenali sebagai ZTA (Zirkonia Toughened Alumina), mengatasi prestasi seramik alumina biasa dalam kedua-dua aplikasi mekanikal dan haus.

Alumina yang dikeraskan zirkonia terkenal dengan sifatnya yang luar biasa seperti kekerasan panas yang tinggi dan kekuatan keghairahan, lengai kimia pada suhu bilik, kadar pengembangan haba yang rendah dan rintangan kejutan haba yang sangat baik – sifat ideal untuk komponen pengilangan serta bahagian haus yang memerlukan mekanisme penyejukan.

CeramTec memasarkan ZTA yang dipanggil Biolox delta yang menampilkan matriks alumina dengan zarah Y-TZP yang tersebar (17 berat/berat%) dan platelet strontium aluminat (0.5 berat/berat%), menyediakan gabungan berkesan mekanisme transformasi fasa tetragonal-ke-monoklinik dan mekanisme pesongan retak untuk memberikan keliatan yang lebih baik, yang menjadikan ini sesuai untuk prosedur THA primer pada permukaan galas femoral.

Penebat Elektrik

Alumina yang dikeraskan zirkonia boleh menahan kejutan haba tanpa retak atau pecah di bawah perubahan suhu yang mendadak, terima kasih kepada zarah alumina tersebar yang tersebar dalam matriksnya yang menyerap tenaga haba dan menjana tegasan mampatan yang menghalang patah.

Seramik alumina-zirkonia lebih tumpat daripada zirkonia tulennya, menjadikannya sesuai untuk aplikasi penebat elektrik. Tambahan pula, pengembangan haba yang lebih rendah daripada zirkonia menjadikannya sesuai untuk bahagian yang memerlukan penyejukan.

Pengukuhan transformasi komposit Alumina-zirkonia menawarkan kelebihan tambahan; di sini, butiran zirkonia dalam matriks alumina menjalani fasa metastabil di mana butirannya mengalami transformasi daripada struktur tetragonal kepada monoklinik, dengan itu mengurangkan keretakan akibat tekanan dengan meningkatkan rintangan terhadap lelasan dan hentaman. Zirkonia yang dikeraskan alumina biasanya berlaku melalui tindak balas piroforik yang melibatkan Zirkonium(IV) oksida oktahidrat, Aluminium Nitrat Nanohydrate Triethylamine dan HNO3(Asid Nitrik); meningkatkan saiz zarah seterusnya membantu penyebaran butiran zirkonia metastabil.