Zirkonia gehard aluminiumoxide – Verbeterde kracht voor industriële uitmuntendheid

Zirkonia gehard aluminiumoxide (ZTA) is een uitzonderlijk keramiek, onderscheidt zich door hoge taaiheid en breukweerstand dankzij yttriumoxide-gestabiliseerde zirkoniumoxidedeeltjes verspreid door een aluminiumoxidematrix.

Dit materiaal is bestand tegen snelle temperatuurschommelingen zonder te barsten of te breken, is bestand tegen chemische corrosie en biedt uitstekende weerstand tegen thermische schokken.

Uitstekende corrosiebestendigheid

ZTA-keramiek biedt een ideale balans tussen sterkte en waarde, sterker dan aluminiumoxideproducten, maar minder duur dan puur zirkoniumoxide. Hun mechanische eigenschappen – breuktaaiheid, buigsterkte en hardheid, evenals thermische schokbestendigheid – maak ze geschikt voor het maken van industriële gereedschappen zoals snijwielen.

ZTA bereikt zijn superieure eigenschappen door de toevoeging van yttriumoxide-gestabiliseerd zirkonia (YSZ) deeltjes in een aluminiumoxidematrix. Wanneer gelijkmatig verdeeld, YSZ helpt bij het optimaliseren van zowel de hardheid-breuktaaiheid als de treksterkte van beide elementen, wat resulteert in uitzonderlijke slijtvastheid, chemische inertheid bij kamertemperatuur en warme hardheid/opnamesterkte-eigenschappen voor een uitzonderlijk keramisch materiaal.

ZTA-producten’ mechanische eigenschappen zijn sterk afhankelijk van hun verwerkingsroutes voor de productie van poeders, inclusief warmtebehandelingen, calcineringsmethoden, droogtechnieken en sinterprocessen, evenals vormgeving op maat met toevoegingen die tijdens de productie worden toegevoegd. Al deze factoren hebben een onmiddellijk effect op hun kracht, elasticiteit en hardheidseigenschappen.

Uitstekende weerstand tegen thermische schokken

ZTA-keramiek biedt uitstekende thermische schokbestendigheid, waardoor ze een uitstekende keuze zijn voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen die een hoge mate van sterkte vereisen, taaiheid, en chemische inertie. Wanneer gelijkmatig verspreid binnen een aluminiumoxidematrix, kan YSZ worden geoptimaliseerd. Eén van deze transformatiegeharde zirkoniumoxide-aluminiumoxide-keramiek die wij aanbieden is BIOOX delta, dat kan worden gebruikt voor orthopedische dragende componenten zoals heupprothesen..

Door spanning geïnduceerde transformatie van metastabiele tetragonale naar monokliene structuur van YSZ produceert volume-expansie en schuifspanning die scheurvoortplanting tegengaan, het verhogen van de breuktaaiheid en tegelijkertijd het verbeteren van de buigsterkte. De prestaties van een dergelijk aluminiumoxide-YSZ-transformatiegehard keramiek zijn afhankelijk van de verwerkingsomstandigheden en van de stoichiometrie van de samenstellende oxiden in het sinterproces.

Slecht gecontroleerde sinteromstandigheden kunnen resulteren in een lage buigsterkte en slechte homogeniteit van een aluminiumoxide-YSZ-matrix, mogelijk als gevolg van luchtinsluiting of agglomeratie van deeltjes. Door toevoeging van additieven zoals yttriumoxide of magnesiumoxiden, men kan de tetragonale tot monokliene transformatietemperatuur verlagen en de sintereigenschappen van zirkoniumoxide verbeteren.

Uitstekende slijtvastheid

ZTA blinkt niet alleen uit op het gebied van thermische schokbestendigheid en corrosiebestendigheid, maar is ook zeer slijtvast vanwege het tetragonale-monklinische fasetransformatie-omhulselmechanisme. Verder, uit in vitro onderzoeken is gebleken dat ZTA-componenten minder gevoelig zijn voor hydrothermische afbraak – iets van groot belang bij heupprothese-femurkop- en cup-keramiek (zoals BIOOX delta geproduceerd door CeramTec).

Gesimuleerde slijtagetests uitgevoerd op ZTA-componenten gemaakt van aluminiumoxide-zirkoniumoxide-composietmaterialen hebben indrukwekkende resultaten opgeleverd in termen van slijtvastheid, buigsterkte en hardheid. ZTA-monsters blootgesteld aan meerdere cycli in de heupsimulator vertoonden minimale degradatie met een aanzienlijk lagere oppervlakteruwheid dan monolithische zirkoniumoxidecomponenten.

ZTA-componenten zijn geschikt gebleken voor veeleisende toepassingen in de automobielindustrie (warm- en koudvormgereedschap, blikafsluitrollen en kaapstanders); energie-industrie (lagers, openinginzetstukken en vortexzoekers); voedselverwerking (homogeniseren van pomponderdelen); en energie-industrie. Hun mechanische eigenschappen zijn afhankelijk van veel variabelen: bereidingsroutes die worden gebruikt om poeders te bereiden; droogmethoden die tijdens het calcineren worden gebruikt; vormgevingstechnieken die zijn toegepast tijdens sintertechnieken; op maat gemaakte vormgeving; onder meer toegevoegde additieven en deeltjesgrootteverdeling.

Uitstekende sterkte

ZTA-keramiek maakt gebruik van door spanning geïnduceerde transformatie om zirkoniumoxide in een aluminiumoxidematrix te integreren, toenemende sterkte en duurzaamheid in de loop van de tijd. Dit maakt ZTA een uitstekende keramische oplossing voor industriële toepassingen die taaiheid vereisen, hoge corrosieweerstand, tolerantie voor thermische schokken en tolerantie voor thermische schokken.

Onder druk, tetragonale metastabiele precipitaten in kubisch aluminiumoxide ondergaan een abrupte transformatie in monokliene deeltjes die de breuktaaiheid vergroten door compressieve oppervlaktelagen te creëren die zich hechten aan scheuren in de matrix.

Transformatieharding is een fenomeen dat bekend staat als breukharding, waarbij een verhoogde breuktaaiheid van aluminiumoxide resulteert in een kortere scheurlengte, minder scheurafstomping, en verbeterde interacties met reeds bestaande microscheuren. Dit maakt hard-op-hard en hard-op-zachte lagercombinaties mogelijk die worden gebruikt in moderne keramische materialen van medische kwaliteit, zoals heupprothesen. Verder, Yttrium-gestabiliseerde zirkoniumoxide-implantaten, bekend als y-TZP, bieden bescherming tegen slijtage in de loop van de tijd.