Zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide voor geavanceerde toepassingen
ZTA is een composietmateriaal van aluminiumoxide en zirkoniumoxide, onderscheidt zich door superieure sterkte en taaiheid. Geproduceerd door spanningsgeïnduceerde transformatie van fijne tetragonale zirkoniumoxidedeeltjes in een aluminiumoxidematrix.
Zirkonia-keramiek is een opmerkelijk technisch materiaal, met een uitstekende hardheid, thermische stabiliteit, slijtvastheid en gebruiksomgevingen waar veel andere keramieksoorten niet kunnen presteren. Metalen en kunststoffen zijn simpelweg niet met elkaar te vergelijken. Verder, Zirkonia-keramiek vertoont ook een uitstekende hardheid voor het maken van gereedschappen.
Kracht
ZTA onderscheidt zich onder de keramische materialen door zijn uitzonderlijke sterkte en taaiheid, slijtvastheid, chemische inertie, lage wrijvingscoëfficiënt, hoge hardheid/stijfheidsverhouding en relatief lage thermische uitzettingscoëfficiënt vergeleken met de meeste andere – waardoor het een ideaal materiaal is voor toepassingen zoals snijgereedschappen. Verder, de biocompatibiliteit maakt ZTA ook tot een aantrekkelijke materiaalkeuze.
ZTA wordt gedefinieerd door de zeer uniforme verdeling van tetragonale zirkoniumoxidedeeltjes in een aluminiumoxidematrix. Dit wordt bereikt met behulp van geavanceerde mengtechnieken zoals kogelmalen en hoogenergetisch attritiemalen; Eenmaal met elkaar gemengd, kunnen de poeders vervolgens door middel van droogpersen tot hun beoogde component worden gevormd, isostatisch persen, spuitgiet- of extrusietechnieken.
Zirkoniumoxide, verspreid over een aluminiumoxidematrix, verbetert de breuktaaiheid door scheurenergie te absorberen en af te voeren, bekend als transformatieharding. Zirkoniumoxide draagt ook bij aan de slijtvastheid door drukspanningen te veroorzaken die de voortplanting van scheuren voorkomen – bekend als zelfslijpend – waardoor ZTA een uitstekende materiaalkeuze is voor slijpstenen.
Taaiheid
Zirkonia gehard aluminiumoxide (ZTA) keramiek beschikt over een indrukwekkende sterkte en breuktaaiheid, waardoor ze perfect zijn voor gebruik in een groot aantal toepassingen en omgevingen. Deze opmerkelijke veerkracht komt voort uit de door stress geïnduceerde fasetransformatie van fijn, gelijkmatig verspreide tetragonale zirkoniumoxidedeeltjes gedispergeerd in een aluminiumoxidematrix; spanning induceert fasetransformatie om microscheurnetwerken van zirkoniumoxide-aluminiumoxide te produceren die de energie van scheurvoortplanting absorberen, waardoor de verspreiding ervan effectief wordt vertraagd en de breukweerstand wordt verhoogd (Clausen 1976).
ZTA onderscheidt zich door zijn uitstekende thermische schokbestendigheid. Dankzij de unieke combinatie van tetragonaal-monokliene fasesamenstelling, dit keramiek is bestand tegen snelle temperatuurschommelingen zonder te barsten of te breken, terwijl de door spanning geïnduceerde transformatie van zirkoniumoxide in zijn metastabiele tetragonale vorm drukspanningen genereert die de vorming van scheuren in de aluminiumoxidematrix tegengaan en de taaiheid aanzienlijk vergroten, waardoor de prestaties van ZTA verder toenemen.
ZTA beschikt niet alleen over zijn sterke punten, tetragonaal-monokliene structuur en hoge breuktaaiheid, maar ook een lage thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE), waardoor het geschikt is voor toepassingen die extreme temperaturen vereisen of omgevingen waar maatvastheid cruciaal is, zoals precisiecomponenten of elektronische pakketten.
ZTA onderscheidt zich onder de medische implantaatmaterialen door de combinatie van chemische resistentie, mechanische eigenschappen en spanningsondersteunde corrosieweerstand in water of lichaamsvloeistoffen, waardoor het een uitstekende kandidaat is voor medische implantaten zoals orthopedische femurkoppen en acetabulumvoeringen. BioLOX Delta biomateriaal is zo'n voorbeeld; voor beide toepassingen veelvuldig gebruikt tijdens orthopedische operaties.
Corrosiebestendigheid
ZTA beschikt over superieure eigenschappen van zowel aluminiumoxide als zirkoniumoxide, waardoor het zeer goed bestand is tegen zowel chemische aanvallen als slijtage, waardoor het perfect is voor toepassingen met corrosiegevoelige omgevingen of herhaalde wrijving of mechanische belasting.
De combinatie van de hardheid van aluminiumoxide met de taaiheid van zirkoniumoxide resulteert in uitstekende tribologische eigenschappen die zorgen voor uitstekende slijtvastheid in componenten met zware belastingen en langdurig gebruik, zoals orthopedische implantaten, snijgereedschappen en slijtvaste componenten die worden gebruikt bij vloeistofbeheer (draadgeleiders, lagers, sproeiers enz). Deze combinatie is met name toepasbaar in medische en industriële omgevingen zoals orthopedische implantaten, snijgereedschappen of vloeistofbeheer (draadgeleiders lagers sproeiers enz).
De verbeterde breuktaaiheid van ZTA kan worden toegeschreven aan de fijn verdeelde zirkoniumoxidedeeltjes in de aluminiumoxidematrix. Wanneer scheuren zich beginnen te verspreiden, wanneer hun energie toeneemt en zich verder voortplant, deze tetragonale zirkoniumoxidekorrels ondergaan fasetransformatie om deze te absorberen en af te voeren als onderdeel van een transformatie-hardingsmechanisme – waardoor de breuktaaiheid van dit materiaal wordt verbeterd.
Het succes bij de productie van ZTA-keramiek ligt in het gebruik van hoogwaardige zirkoniumoxide- en aluminiumoxidepoeders die vrij zijn van onzuiverheden. Het sinteren moet worden gecontroleerd om spontane transformatie van tetragonaal naar monoklieen zirkoniumoxide tijdens het afkoelen te voorkomen en om de vorming van metastabiele monokliene fase te minimaliseren, die gevoelig is voor chemisorptie met watermoleculen, wat leidt tot degradatie bij lage temperaturen bij langdurig gebruik; Het sinterproces van Saint-Gobain ZirPro's ZTA-keramiek is speciaal ontwikkeld om dergelijke ongewenste verschijnselen te voorkomen. Gelukkig is het ZTA-keramiek van Saint-Gobain ZirPro-keramiek speciaal ontworpen om dergelijke verschijnselen te voorkomen –
Thermische stabiliteit
Zirkonia gehard aluminiumoxide (ZTA) is bestand tegen snelle temperatuurschommelingen zonder te barsten of te breken, dankzij zirkoniumoxidedeeltjes verspreid in een aluminiumoxidematrix die warmte-energie absorberen en drukspanningen creëren die scheuren en falen voorkomen. Omdat ZTA thermische energie zo effectief absorbeert, dit materiaal is een uitstekende keuze voor toepassingen die weerstand tegen hoge temperaturen vereisen.
Toevoeging van zirkoniumoxide aan een aluminiumoxidematrix kan de breuktaaiheid vergroten en tegelijkertijd de mechanische eigenschappen zoals sterkte en slijtvastheid verbeteren. De verhoogde breuktaaiheid in ZTA is toe te schrijven aan door spanning geïnduceerde transformatie van metastabiele tetragonale fase naar monokliene fase bij omgevingstemperaturen.; een effect dat wordt versterkt door kleinere korrelgroottes van zirkoniumoxide dan die in aluminiumoxide.
Stabilisatoren worden vaak gebruikt om de tetragonale zirkoniumoxidefase te behouden in ZTA-materialen zoals Biolox Delta; Echter, soortgelijke resultaten kunnen worden bereikt zonder stabilisatoren in termen van deeltjesverdeling en breuktaaiheid.
Een combinatie van aluminiumoxide en zirkonia creëert een geavanceerd keramiek dat uitblinkt in sterkte, breuktaaiheid, elasticiteit en hardheid – kenmerken die essentieel zijn voor toepassingen die structurele prestaties en corrosieweerstand vereisen. ZTA-keramiek presteert doorgaans beter 99% aluminiumoxide-keramiek is kosteneffectief en voldoet tegelijkertijd efficiënter aan specifieke toepassingsbehoeften; hun verhouding kan zelfs specifiek op maat worden gemaakt.