Met zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide heeft zijn superieure mechanische eigenschappen bewezen in vergelijking met monolithisch zirkoniumoxide, inclusief breuktaaiheid en buigsterkte. De stabiliteit van ZTA komt voort uit de matrixfase die de transformatie van tetragonale zirkoniakorrels beschermt en beperkt, het helpt het degradatie onder in-vivo hydrothermische omstandigheden te weerstaan.
Buigsterkte
Door zirkonia toe te voegen aan aluminiumoxide-keramiek, Er ontstaat zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide. Dit materiaal beschikt over superieure buigsterkte en mechanische duurzaamheid in situaties die dit vereisen, en is ook bestand tegen chemische corrosie en blootstelling aan lichaamsvloeistoffen.
Met zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide is bestand tegen snelle temperatuurschommelingen dankzij de zirkoniumoxidedeeltjes verspreid in een aluminiumoxidematrix die thermische energie absorberen en drukspanningen creëren om scheuren te voorkomen, waardoor het geschikt is voor gebruik in verschillende industriële toepassingen, zoals ovencomponenten en stoomturbinemotoren.
Dit composietkeramiek combineert de indrukwekkende eigenschappen van zowel aluminiumoxide als zirkoniumoxide om extra sterkte en thermische schokbestendigheid te bieden, met superieure hardheid, buigsterkte, breuktaaiheid en slijtvastheid die overtreffen 99% zuiver aluminiumoxide in termen van hardheid, taaiheid en slijtvastheid.
Breuktaaiheid
Zirkoniumoxide verbetert de breuktaaiheid van aluminiumoxide-keramiek door middel van transformatieharding. Wanneer geraakt, metastabiele yttrium-gestabiliseerde zirkoniumoxide transformeert in monokliene kristalstructuren die drukspanning produceren die scheurvoortplanting voorkomt.
Gehard aluminiumoxide met zirkoniumoxide is vanwege zijn hardheid een ideaal materiaal voor het maken van snijgereedschappen, thermische stabiliteit en weerstand tegen wrijving. Verder, de superieure mechanische eigenschappen dragen aanzienlijk bij aan de duurzaamheid en betrouwbaarheid ervan.
ZTA geproduceerd via gelcasting heeft een uitzonderlijke combinatie van buigsterkte, breuktaaiheid, biocompatibiliteit en hitte-/corrosiebestendigheid die het geschikt maken voor heupvervangende operaties. Via gelcastingprocessen is het ook mogelijk om de parameters voor hardheid, breuktaaiheid en buigsterkte aan te passen door de vaste belastingsniveaus van de slurry te veranderen, matrijsdikte of sintertemperatuurparameters om de resultaten te maximaliseren.
Spanning-rekcurven
Zirkonia gehard aluminiumoxide materiaal beschikt over superieure sterkte en slijtvastheid, evenals uitzonderlijke stijfheid voor het ondersteunen van zware lasten zonder te vervormen onder druk. Verder, het beschikt over een uitstekende weerstand tegen thermische schokken, waardoor het plotselinge temperatuurschommelingen kan verdragen zonder aan degradatie te lijden.
Het zirkoniumoxidegehalte boven een bepaalde limiet verhoogt de verouderingsafbraak door microscheurtjes die ontstaan tijdens het afkoelen na het sinteren en die fungeren als preferentiële routes voor waterpenetratie in keramisch materiaal, wat ertoe leidt dat er tijdens het afkoelen microscheuren worden gevormd die fungeren als voorkeurspaden voor het binnendringen en verspreiden ervan. Omgekeerd, wanneer onder deze drempel de zirkoniumoxidedeeltjes een door stress geïnduceerde transformatie ondergaan van de tetragonale fase naar de monokliene fase, waardoor de afbraak van veroudering wordt verminderd.
Treksterkte
Met zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide is een hard en duurzaam materiaal met uitstekende slijtvastheid en thermische stabiliteitseigenschappen, waardoor het geschikt is voor componenten die koeling vereisen. Aanvullend, Thermisch stabiele oppervlakken zoals deze bieden zowel thermische controle als wrijvingsweerstand, waardoor ze de ideale materiaalkeuze zijn.
Onder stress, ZTA ondergaat een fasetransformatie van tetragonaal naar monoklien, waardoor scheurvoortplanting wordt voorkomen en de breuktaaiheid toeneemt, maar sommige onderzoeken geven aan dat het verhogen van ongestabiliseerd zirkoniumoxide leidt tot verminderde treksterkte.
ZTA-keramiek bevat doorgaans 10%-20% zirkonia, waardoor het voor elke toepassing specifiek op maat gemaakt kan worden. ZTA is biocompatibel, temperatuurbestendig, corrosiebestendig, sterk genoeg om druk te weerstaan, kosteneffectief alternatief voor puur zirkonia-keramiek en is bestand tegen hoge temperaturen zonder degradatie. Fabrikanten van klepafdichtingen kiezen er gewoonlijk voor vanwege de corrosiebestendigheid en het drukvasthoudend vermogen – alle kwaliteiten ideaal voor klepafdichtingstoepassingen.
Impactsterkte
Met zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide is zeer corrosiebestendig en bezit een uitzonderlijke mechanische sterkte, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen die tegelijkertijd hardheid en taaiheid vereisen. Verder, ZTA biedt kostenbesparingen ten opzichte van puur zirkonia-keramiek.
Door aluminiumoxide en zirkoniumoxide te combineren ontstaat een keramiek met een hogere buigsterkte, breuktaaiheid, en slijtvastheid dan puur aluminiumoxide. Het is bestand tegen hogere belastingen en schokken en wordt vaak gebruikt als upgrade ten opzichte van standaard aluminiumoxide in ontwerpen die extra functies vereisen.
De versterking van de transformatie is verantwoordelijk voor deze toegenomen kracht; onder stressomstandigheden, zirkoniumoxidedeeltjes veranderen van hun tetragonale naar monokliene vorm en zetten uit, het comprimeren van scheuren in een aluminiumoxidematrix en dus leidend tot een hogere buigsterkte dan YSZ (Figuren 6c en d).
Corrosiebestendigheid
De combinatie van ZTA-keramiek van aluminiumoxide en zirkoniumoxide biedt superieure corrosieweerstand vergeleken met puur 99% aluminiumoxide materialen alleen, en heeft een superieure hardheid, breuktaaiheid, buigsterkte, en hardheidseigenschappen dan zijn concurrenten.
ZTA beschikt over uitstekende slijtvastheid en chemische compatibiliteit, waardoor het ideaal is voor industriële toepassingen die een hoge mechanische duurzaamheid vereisen. Verder, de combinatie van materialen beschikt over een uitstekende thermische schokbestendigheid, waardoor snelle temperatuurveranderingen mogelijk zijn zonder te barsten of te breken.
Zirkoniumoxidedeeltjes toegevoegd aan een aluminiumoxidematrix verhogen de breuktaaiheid door middel van transformatieharding, een effect veroorzaakt door het belasten van zirkoniumoxidedeeltjes die veranderen van tetragonale naar monokliene kristalstructuren bij blootstelling aan drukspanning, het produceren van drukspanningen die de voortplanting van scheuren tegengaan en de breuktaaiheid aanzienlijk vergroten.
Bestand tegen thermische schokken
Gehard aluminiumoxide met zirkoniumoxide is een geavanceerd keramiek dat aluminiumoxide en zirkoniumoxide combineert. ZTA maken, zirkoniumoxide wordt voorafgaand aan het sinteren in de hoofdmatrix van aluminiumoxide gebracht voor extra sterkte en weerstand tegen thermische schokken ten opzichte van traditioneel aluminiumoxide-keramiek; bovendien beschikt het over een hogere hardheid, buigsterkte, en dichtheid dan zijn tegenhanger.
Het ZTA-hardingsmechanisme omvat door spanning geïnduceerde fasetransformatie van tetragonale naar monokliene kristalstructuren van zirkoniumoxidedeeltjes, verhoogt de breuktaaiheid en beschermt het tegelijkertijd tegen thermische schokken en mechanische slijtage. Met zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide is zeer biocompatibel en corrodeert niet snel, waardoor het ideaal is voor klepafdichtingen. Verder, Dankzij de hoge buigsterkte kan het de lichaamsdruk effectief weerstaan.