Zirconia herdet aluminiumoksyd for avanserte applikasjoner

ZTA er et alumina-zirkonia-komposittmateriale, kjennetegnet ved overlegen styrke og seighet. Produsert gjennom stressindusert transformasjon av fine tetragonale zirkoniumoksidpartikler i en aluminiumoksidmatrise.

Zirconia keramikk er bemerkelsesverdige tekniske materialer, med utmerket hardhet, termisk stabilitet, slitestyrke og driftsmiljøer der mange andre keramikk ikke kan yte. Metaller og plast kan rett og slett ikke sammenlignes. Videre, Zirkoniumkeramikk viser også enestående hardhet for å lage verktøy.

Styrke

ZTA skiller seg ut blant keramiske materialer med sin eksepsjonelle styrke og seighet, slitestyrke, kjemisk treghet, lav friksjonskoeffisient, høy hardhet/stivhetsforhold og relativt lav termisk ekspansjonskoeffisient sammenlignet med de fleste andre – gjør det til et ideelt materiale for bruksområder som skjæreverktøy. Videre, dens biokompatibilitet gjør også ZTA til et attraktivt materialvalg.

ZTA er definert av dens svært jevne fordeling av tetragonale zirkoniumoksidpartikler i en aluminiumoksidmatrise. Dette oppnås ved hjelp av sofistikerte blandeteknikker som kulefresing og høyenergislitefresing; når de er blandet sammen, kan pulverene deretter formes til den tiltenkte komponenten ved hjelp av tørrpressing, isostatisk pressing, sprøytestøping eller ekstruderingsteknikker.

Zirkoniumoksid spredt gjennom en aluminamatrise forbedrer bruddseigheten ved å absorbere og spre sprekkenergi, kjent som transformasjonsherding. Zirconia bidrar også til slitestyrke ved å produsere trykkspenninger som forhindrer sprekkforplantning – kjent som selvslipende – gjør ZTA til et utmerket materialvalg for slipeskiver.

Seighet

Zirconia herdet aluminiumoksyd (ZTA) keramikk har imponerende styrke og bruddseighet, gjør dem perfekte for bruk på tvers av en rekke applikasjoner og miljøer. Denne bemerkelsesverdige motstandskraften kommer fra stressindusert fasetransformasjon av fin, jevnt dispergerte tetragonale zirkoniumoksidpartikler dispergert i en aluminiumoksidmatrise; stress induserer fasetransformasjon for å produsere mikrosprekkenettverk av zirkoniumoksid-aluminiumoksid som absorberer energi fra sprekkforplantning og effektivt forsinker spredningen mens de øker bruddmotstanden (Clausen 1976).

ZTA skiller seg ut på grunn av sin enestående termiske støtmotstand. Takket være sin unike kombinasjon av tetragonal-monoklin fasesammensetning, denne keramikken tåler raske temperaturendringer uten å sprekke eller gå i stykker, mens spenningsindusert transformasjon av zirkoniumoksid til dens metastabile tetragonale form genererer trykkspenninger som motvirker dannelsen av sprekker i aluminiumoksidmatrisen og øker seigheten betydelig og øker dermed ZTAs ytelse ytterligere..

ZTA skryter ikke bare av sin sterke, tetragonal-monoklin struktur og høy bruddseighet, men også en lav termisk ekspansjonskoeffisient (CTE), gjør den egnet for applikasjoner som krever ekstreme temperaturer eller miljøer der dimensjonsstabilitet er avgjørende, som presisjonskomponenter eller elektroniske pakker.

ZTA skiller seg ut blant medisinske implantatmaterialer på grunn av kombinasjonen av kjemisk motstand, mekaniske egenskaper og stressassistert korrosjonsmotstand i vann eller kroppsvæsker, gjør den til en førsteklasses kandidat for medisinske implantater som ortopediske lårbenshoder og acetabulære liner. BioLOX Delta biomateriale er et slikt eksempel; brukes mye under ortopediske operasjoner for begge bruksområdene.

Korrosjonsbestandighet

ZTA har overlegne egenskaper til både alumina og zirkoniumoksid, gjør den svært motstandsdyktig mot både kjemisk angrep og slitasje, gjør den perfekt for applikasjoner som involverer korrosjonsutsatte miljøer eller gjentatt friksjon eller mekanisk stress.

Å kombinere hardheten til alumina med zirkoniumoksyds seighet resulterer i utmerkede tribologiske egenskaper som gir utmerket slitestyrke i komponenter med tung belastning og langvarig bruk, som ortopediske implantater, skjæreverktøy og slitesterke komponenter som brukes i væskehåndtering (trådledere, lagre, dyser etc). Denne kombinasjonen er spesielt anvendelig i medisinske og industrielle omgivelser som ortopediske implantater, skjæreverktøy eller væskehåndtering (gjengeføringer lagre dyser etc).

ZTAs forbedrede bruddseighet kan tilskrives dens finfordelte zirkoniumoksidpartikler i aluminiumoksidmatrisen.. Når sprekker begynner å forplante seg, når energien deres øker og forplanter seg videre, disse tetragonale zirkoniumoksidkornene gjennomgår fasetransformasjon for å absorbere og spre det som en del av en transformasjonsherdende mekanisme – dermed forbedrer bruddseigheten til dette materialet.

Suksess med å produsere ZTA-keramikk ligger i å bruke førsteklasses zirkoniumoksid- og aluminapulver fri for urenheter. Sintring må kontrolleres for å unngå spontan tetragonal-til-monoklin zirkonia-transformasjon under avkjøling og for å minimere metastabil monoklinisk fasedannelse som er mottakelig for kjemisorpsjon med vannmolekyler som fører til lav temperaturdegradering over langvarig bruk; Saint-Gobain ZirPros ZTA-keramikks sintringsprosess ble spesielt laget for å unngå slike uønskede fenomener. Heldigvis er Saint-Gobain ZirPro keramikkens ZTA-keramikk designet spesielt for å forhindre at slike fenomener skjer –

Termisk stabilitet

Zirconia herdet aluminiumoksyd (ZTA) tåler raske temperaturendringer uten å sprekke eller gå i stykker, takket være zirkoniumoksidpartikler spredt i en aluminiumoksidmatrise som absorberer varmeenergi og skaper trykkspenninger som forhindrer sprekkdannelse og svikt. Fordi ZTA absorberer termisk energi så effektivt, dette materialet er et utmerket valg for applikasjoner som krever motstand mot høye temperaturer.

Tilsetning av zirkoniumoksid til en aluminiumoksydmatrise kan øke bruddseigheten samtidig som de forbedrer mekaniske egenskaper som styrke og slitestyrke. Den økte bruddseigheten i ZTA kan tilskrives stressindusert transformasjon fra metastabil tetragonal fase til monoklinisk fase ved omgivelsestemperaturer; en effekt forsterket av mindre zirkoniumoksidkornstørrelser enn de i alumina.

Stabilisatorer brukes ofte for å bevare den tetragonale zirkoniumoksidfasen i ZTA-materialer som Biolox Delta; imidlertid, lignende resultater kan oppnås uten stabilisatorer når det gjelder partikkelfordeling og bruddseighet.

En kombinasjon av alumina og zirconia skaper en avansert keramikk som utmerker seg i styrke, bruddseighet, elastisitet og hardhet – egenskaper som er avgjørende for applikasjoner som krever strukturell ytelse og korrosjonsbestandighet. ZTA-keramikk har en tendens til å overgå 99% alumina keramikk som er kostnadseffektiv samtidig som de oppfyller spesifikke bruksbehov mer effektivt; deres forhold kan til og med skreddersys spesifikt.