Geavanceerde taaiheid voor industriële toepassingen
Zirkonia gehard aluminiumoxide (ZTA) keramische componenten combineren de hardheid en sterkte van aluminiumoxide met de superieure breuktaaiheid van zirkoniumoxide om prestaties en een lange levensduur te leveren voor industriële toepassingen.
Door spanning geïnduceerde transformatie van fijne tetragonale zirkoniumoxidedeeltjes ingebed in een aluminiumoxidematrix leidt tot ZTA-materialen met superieure sterkte en taaiheid, geschikt voor gebruik in diverse ruwe omgevingen.
Taaiheid
ZTA-materialen combineren de hardheid van aluminiumoxide met de taaiheid van zirkoniumoxide voor ongeëvenaarde weerstand tegen slijtage en schuren. Dit effect wordt mogelijk gemaakt door stress-geïnduceerde transformatieharding: wanneer gestresst, zirkoniumoxidedeeltjes gaan over van hun metastabiele tetragonale fase naar een stabiele monokliene vorm; volume-expansie veroorzaakt door deze structurele verandering helpt eventuele scheuren in een aluminiumoxidematrix te dichten en de taaiheid aanzienlijk te vergroten.
ZTA bevat zirkoniumoxideplaatjes die tijdens het sinteren in een aluminiumoxidematrix kiemen, het verbeteren van de breuktaaiheid en sterkte, terwijl de breuktaaiheid wordt verhoogd, het creëren van een materiaal met een grotere buigsterkte dan Y-TZP en tot tweemaal de cyclische vermoeiingssterkte. Deze combinatie van taaiheid van aluminiumoxide gecombineerd met zirkoniumoxidesterkte maakt ZTA een uitstekende materiaalkeuze voor industriële toepassingen die schadebestendigheid vereisen.
Duurzaamheid
Zirkonia gehard aluminiumoxide (ZTA) beschikt over uitstekende buig- en druksterktes, met lage thermische uitzetting gelijkwaardig aan die van aluminiumoxide en uitstekende slijtvastheidseigenschappen.
Gehard aluminiumoxide met zirkoniumoxide wordt gemaakt door tetragonale zirkoniumoxidekorrels toe te voegen via spanningsgeïnduceerde transformatie tot een harde aluminiumoxidematrix, door ze in de structuur ervan op te nemen, terwijl hun transformatie beperkt blijft tot lokale gebieden in plaats van zich overal te verspreiden.
Dit mechanisme maakt composieten van aluminiumoxide en zirkoniumoxide veel duurzamer dan monolithisch zirkoniumoxide vanwege hun weerstand tegen waterabsorptie door chemisorptie.; monolithisch zirkoniumoxide kan polaire watermoleculen absorberen, wat leidt tot degradatie bij lage temperaturen en uiteindelijk afbraak na langdurig gebruik.
ZTA, anderzijds, is speciaal ontworpen om deze tetragonale naar monokliene transformatie te vergemakkelijken door middel van structurele kenmerken en chemische additieven. Als voorbeeld brengt CeramTec Biolox Delta ZTA op de markt; deze formulering bevat yttriumoxide en strontiumaluminaat om de hardingsmechanismen in de zirkoniumoxidefase te vergemakkelijken en heeft bijgevolg minder risico op degradatie bij lage temperaturen, terwijl het bestand is tegen omgevingen met hoge temperaturen.
Corrosiebestendigheid
ZTA-keramiek biedt superieure corrosieweerstand ten opzichte van zijn aluminiumoxide-tegenhangers en kan daarom worden gebruikt in apparatuur die onderhevig is aan zware omstandigheden. Verder, ZTA is bestand tegen hogere temperaturen en biedt tegelijkertijd een grotere chemische stabiliteit.
Garvie et al (1975) heeft aangetoond dat toevoegen 10-20% ongestabiliseerd zirkoniumoxide kan de taaiheid aanzienlijk verbeteren in vergelijking met aluminiumoxide, door middel van transformatieharding. Dit proces vindt plaats wanneer fijn verspreide tetragonale metastabiele neerslagen onder spanning veranderen in monokliene zirkoniumoxide, waardoor volume-expansie ontstaat die scheuren comprimeert en hun voortplanting vertraagt of stopt..
Dit mechanisme lijkt op dat van door vervorming veroorzaakte spanningen; Echter, om faseveranderingen te veroorzaken moet het spanningsveld groot genoeg zijn; voor scheuren in ZTA-monsters is deze energie afkomstig van buigspanningen op breukplaatsen.
Hittebestendigheid
Gehard aluminiumoxide met zirkoniumoxide heeft een uitzonderlijk hoog smeltpunt en corrosieweerstand, waardoor het het ideale materiaal is voor apparatuur die vaak wordt blootgesteld aan hoge temperaturen. Verder, deze variant heeft een grotere wrijvingsweerstand dan standaard aluminiumoxide, helpt de slijtage te verminderen van apparatuur die wordt blootgesteld aan hogere niveaus van kinetische energie.
ZTA-keramiek wordt gemaakt door spanningsgeïnduceerde transformatie van tetragonale zirkoniumoxidedeeltjes in een aluminiumoxidematrix, het creëren van drukspanningen daarin die scheurvoortplanting voorkomen, waardoor zowel de sterkte als de taaiheid worden vergroot en tegelijkertijd thermische schokbestendigheid wordt geboden zonder breuk of barsten. Ze beschikken over een uitstekende thermische schokbestendigheid; bestand tegen snelle temperatuurveranderingen zonder breuk of barsten onder spanning.
Met zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide heeft vele toepassingen in meerdere industrieën vanwege het uitgebreide scala aan eigenschappen. De machinebouw gebruikt het voor pomponderdelen en afdichtingen; halfgeleiderverwerking maakt er gebruik van vanwege zijn thermische stabiliteit en sterkte; ruimtevaart, De auto- en energie-industrie gebruikt het als motoronderdelen vanwege de weerstand tegen corrosie en agressieve chemicaliën; het is zelfs bestand tegen hoge buigsterkten voor tandheelkundige implantaten!