Ongeëvenaarde taaiheid met gehard aluminiumoxide met zirkoniumoxide (ZTA) Keramiek

Zirkonia gehard aluminiumoxide (ZTA) keramiek beschikt over een ongeëvenaarde taaiheid. Ze beschikken over een superieure slijtvastheid, chemische inertie en lage wrijving voor moeiteloze prestaties bij dagelijkse taken – om nog maar te zwijgen van de hogere hardheid en stijfheid dan metalen.

ZTA omvat metastabiele tetragonale polykristallijne agglomeraten van zirkoniumoxide in een aluminiumoxidematrix die onder spanning een door spanning geïnduceerde fasetransformatie ondergaan naar een monokliene vorm, waardoor de schuifspanning wordt verspreid en de voortplanting van scheuren wordt gestopt, algemeen bekend als transformatieharding.

Corrosiebestendig

ZTA biedt superieure chemische weerstand vergeleken met puur aluminiumoxide en is bestand tegen extreme temperaturen zonder degradatie, waardoor het de ideale materiaalkeuze is voor industriële toepassingen in zware omgevingen en omstandigheden.

De taaiheid van ZTA wordt versterkt door zirkoniumdeeltjes die energie verspreiden en absorberen, helpt scheuren te voorkomen. Wanneer gedoteerd met yttriumoxide, zirkoniumoxide verandert tijdens stress van metastabiele tetragonale fase naar monokliene fase om drukspanningen te creëren die de breuktaaiheid verhogen.

Keramiek op basis van zirkoniumoxide, zoals ZTA, bevat aluminiumoxidedeeltjes om thermische schokken te weerstaan. Hierdoor is het bestand tegen snelle temperatuurveranderingen zonder barsten of defecten bij hoogwaardige toepassingen zoals slijpen en snijden; de lage lineaire en torsie-uitzetting zorgt voor uitstekende draagvermogens en prestatiemogelijkheden. ZTA pronkt 2-3 maal sterkere treksterkte vergeleken met puur aluminiumoxide, terwijl het lage lineaire/torsie-uitzettingscoëfficiënten heeft voor uitzonderlijke draagvermogens en prestatiemogelijkheden.

Hoge stijfheid

ZTA combineert de sterkte en duurzaamheid van aluminiumoxide met zirkoniumoxideharding voor een uitzonderlijk materiaal voor veeleisende toepassingen. Deze combinatie biedt ongeëvenaarde sterkte, breuktaaiheid, elasticiteits- en hardheidseigenschappen in één pakket.

Claussen ontdekte in 1976 dat het toevoegen van ongestabiliseerd zirkoniumoxide aan aluminiumoxide de breuktaaiheid aanzienlijk verhoogt, als gevolg van de tetragonaal-monokliene transformatie van verspreide fijne tetragonale neerslagen verspreid in de matrix. Dergelijke metastabiele neerslagen worden ervan weerhouden te veranderen totdat ze worden vrijgegeven door een naderend scheurfront of een andere bron van verlichting van hun beperking, bijvoorbeeld door weg te smelten.

Heetgeperste 10mol% yttriumoxide-gestabiliseerde zirkonia (10YSZ), versterkt met deeltjes of bloedplaatjes die bevatten 0 tot 30 gew.% aluminiumoxidegehalte werden onderworpen aan strenge sterkte, breuktaaiheid en langzame scheurgroeitesten bij 100°C in lucht. De resultaten toonden aan dat maximale buigsterkte en breuktaaiheid voor bloedplaatjescomposieten werd bereikt met dit samenstellingsgehalte.

Hoge treksterkte

Zirkonia-keramiek biedt een buitengewone combinatie van sterkte, weerstand, en veelzijdigheid die de traditionele technische keramiek ver overtreft. Zirkoniumoxideformuleringen zoals ZTA bieden oplossingen voor de moeilijkste toepassingen van vandaag, variërend van lucht- en ruimtevaartcomponenten die zware omstandigheden doorstaan ​​tot biomedische implantaten van de volgende generatie, ontworpen voor een lange levensduur – het bieden van betrouwbare oplossingen voor de meest dringende behoeften van vandaag.

ZTA onderscheidt zich van andere materialen door zijn superieure buigsterkte, breuktaaiheid en weerstand tegen scheurvoortplanting vanwege de metastabiele tetragonale fase. Deze transformatie in monokliene zirkoniumoxide bij lage temperatuur comprimeert de zone vóór een scheurfront om verdere groei te stoppen.

Yttria gedeeltelijk gestabiliseerde zirkoniumoxide (Y-TZP) en Cerium gedeeltelijk gestabiliseerd zirkoniumoxide (Wat-TZP) vertonen uitzonderlijke taaiheidseigenschappen vergelijkbaar met ZTA vanwege het behoud van de tetragonale fase door yttriumoxide of cerium bij lagere temperaturen te houden, maakt transformatie mogelijk bij een beter beheersbaar temperatuurbereik en vertoont minder oppervlakteschade tijdens cyclische belastingstests dan aluminiumoxide-tegenhangers.

Lage wrijving

Zirkoniumoxide is een van de hardste technische keramieksoorten die verkrijgbaar zijn en de lage wrijvingseigenschappen helpen de slijtvastheid te verhogen en tegelijkertijd de smeringsvereisten te verminderen.

ZTA-keramiek bevat aluminiumoxide voor maximale taaiheid. Hierdoor kunnen metastabiele yttriumoxide-gestabiliseerde tetragonale zirkoniumoxidedeeltjes in een aluminiumoxidematrix ongewijzigd blijven, gekristalliseerd blijven dankzij een verweven netwerk van korrels.

Gecontroleerde samenstelling en verwerkingsomstandigheden zorgen ervoor dat er geen spontane tetragonale naar monokliene transformatie plaatsvindt bij afkoeling vanaf de sintertemperatuur, wat bijdraagt ​​aan de mogelijkheid tot meerdere treffers bij het testen van de breuktaaiheid. Verder, hoge homogeniteit in aluminiumoxide-zirkoniumoxide-composieten met kleine korrelgroottes resulteert in een lagere scheurenergie, wat zich op zijn beurt vertaalt in kortere scheurlengtes tijdens diamantindentatietests.

Hoge thermische uitzetting

Dankzij de bindende kracht van de aluminiumoxidematrix kan worden voorkomen dat de tetragonale zirkoniumoxidedeeltjes bij afkoeling overgaan in monokliene zirkoniumoxide, dus maken 10 wrat % Met yttriumoxide gestabiliseerde zirkoniumoxide-aluminiumoxide-composieten zijn stabiel en barstvrij.

Door cerium aan zirkonia toe te voegen, kan het gedeeltelijk worden gestabiliseerd (Wat-TZP). Ce-TZP behoudt zijn tetragonale fase bij kamertemperatuur en verhoogt de taaiheid aanzienlijk, breuktaaiheid en buigsterkte vergeleken met traditionele tandheelkundige keramische materialen.

Zirkoniumoxide Gehard aluminiumoxide composieten waarin Ce-TZP is verwerkt, yttriumoxide-gestabiliseerd zirkonia (Y-TZP), of magnesiumoxide-gestabiliseerd zirkoniumoxide (Mg-PSZ) vertonen een uitzonderlijke taaiheid die die van zowel aluminiumoxide als monolithisch zirkonia overtreft, waardoor ZTA de perfecte kandidaat is voor veeleisende toepassingen zoals medische implantaten, ruimtevaartcomponenten en industriële machines. ZTA beschikt ook over veel chemische resistentie-eigenschappen die het beschermen tegen zuren, zout oplossingen, gesmolten zouten, alkaliën en hoge temperaturen.