Zirconia herdet aluminiumoksyd
Zirconia herdet alumina (ZTA) er et avansert keramisk materiale som er mye brukt i ventiltetninger, foringer, pumpekomponenter og skjæreverktøy på grunn av sin styrke og kjemiske stabilitet – som bevist av dens evne til å tåle tunge belastninger uten betydelig forringelse.
ZTA har imponerende termisk støtmotstand og tåler plutselige endringer i temperaturendringer, samt raske temperatursvingninger. Les videre for å lære mer om dens mekaniske egenskaper!
Hardhet
Zirkoniumoksid tilsatt til en aluminamatrise øker hardheten, bruddseighet og bøyestyrke samtidig som motstanden mot slitasje og erosjon økes. Mekanismen som vanligvis er involvert er fasetransformasjon etterfulgt av dannelse av mikrosprekker, men kan også involvere teorier om stressteori etter behov.
Metastabile tetragonale zirkoniumoksidutfellinger som danner fin dispersjon i en aluminiumoksydmatrise kan gjennomgå spontan transformasjon til monokliniske former når deres begrensninger oppheves under sprekkforplantning, gir energi mot spenningsfelt som driver sprekkforplantning.
ZTA keramikk har overlegen bruddseighet og hardhet sammenlignet med annen oksidbasert ingeniørkeramikk, samt to ganger den sykliske utmattelsesstyrken til Y-TZP. Som sådan, egenskapene gjør den egnet for bruksområder som krever ekstrem slitestyrke, kjemisk inerthet og lav friksjon samt høy styrke og stivhet.
Bøyestyrke
ZTA-keramikk kan lages ved å endre forholdet mellom yttria-stabilisert zirkoniumoksid (Y-TZP) i en aluminiumoksydmatrise ved bruk av varm isostatisk pressing, for å optimalisere hardhet-bruddseighet-bøyestyrke-kombinasjoner som resulterer i uovertruffen syklisk tretthetsmotstand som overgår de fleste avanserte tekniske keramikk.
Metastabil Y-TZP i en aluminiumoksydmatrise resulterer i dannelsen av tetragonale-monokliniske transformasjonsfaseagglomerater som øker bruddseigheten gjennom fasetransformasjonsavstivning (Clausen 1976). Fortrinnsvis kryssende sprekker, disse overgangsagglomeratene vil komprimere sonen foran sprekkfronten og redusere progresjonen, til slutt øker bruddseigheten.
Denne materialstrukturen har ført til dannelsen av alumina-zirkonia-kompositter som BIOLOX Delta, brukes mye for total hofteprotese og andre bærende ortopediske komponenter. Dette keramiske biomaterialet har enestående slitestyrke, kjemisk inerthet ved romtemperatur, termisk støtmotstand og utmerket kjemisk treghet ved alle temperaturer.
Korrosjonsbestandighet
Kjemisk inert og motstandsdyktig mot høye temperaturer og slitasje, det gir overlegen ytelse i forhold til 99 alumina keramikk og er også mer kostnadseffektiv.
Zirconia har også imponerende strekkstyrke, bøye- og elastisitetsegenskaper og biokompatibilitet – gjør den ideell for medisinsk bruk som hofteprotese. På grunn av transformasjonsherding under stressforhold, zirkoniumpartikler endres fra metastabil tetragonal form til monoklinisk form, hjelper til med å lukke sprekker mer effektivt samtidig som den øker bruddseigheten.
CeramTec (Biolox Delta) kommersialiserer en alumina-zirconia-kompositt der ustabilisert zirconia forblir i tetragonal fase for å håndtere denne transformasjonen og gi sprekkspiss stumping og sprekkavvik, forbedrer seigheten til aluminamatrisen. Zirkoniumoksidinnholdet i materialet kan endres gjennom pulverpreparering og fortettingsteknikker.
Termisk støtmotstand
Zirkoniumoksid tilsatt til en primær aluminiumoksidmatrise under sintring kan forbedre styrken og seigheten betydelig, skaper det som kalles ZTA (Zirconia herdet aluminiumoksyd), utkonkurrerer vanlig alumina-keramikk i både mekaniske og slitasjeapplikasjoner.
Zirconia herdet aluminiumoksyd er kjent for sine eksepsjonelle egenskaper som høy varmehardhet og opptaksstyrke, kjemisk inerthet ved romtemperatur, lave termiske ekspansjonshastigheter og utmerket termisk støtmotstand – ideelle egenskaper for fresing av komponenter samt slitedeler som krever kjølemekanismer.
CeramTec markedsfører en ZTA kalt Biolox delta som har en aluminiumoksydmatrise med dispergerte Y-TZP-partikler (17 vekt/vekt%) og strontiumaluminat-blodplater (0.5 vekt/vekt%), gir en effektiv kombinasjon av tetragonal-til-monoklin fasetransformasjonsmekanismer og sprekkavbøyningsmekanismer for å gi forbedret seighet, som gjør dette ideelt for primære THA-prosedyrer på lårbensbærende overflater.
Elektrisk isolasjon
Zirconia-herdet aluminiumoksyd tåler termisk sjokk uten å sprekke eller knekke under plutselige temperaturendringer, takket være dispergerte alumina-partikler spredt i matrisen som absorberer den termiske energien og genererer trykkspenninger som forhindrer brudd.
Alumina-zirconia keramikk er tettere enn dens rene zirconia motstykke, gjør den ideell for elektrisk isolasjonsapplikasjoner. Videre, dens lavere termiske ekspansjon enn zirkoniumoksid gjør den egnet for deler som krever kjøling.
Transformasjonsherding av alumina-zirkonia-kompositter gir ytterligere fordeler; her, zirkoniumoksidkorn i en aluminamatrise gjennomgår en metastabil fase der kornene deres gjennomgår transformasjon fra tetragonale til monokliniske strukturer, reduserer dermed spenningsindusert sprekkdannelse ved å øke motstanden mot slitasje og slag. Alumina-herdet zirkoniumoksid oppstår vanligvis gjennom pyrofor reaksjon som involverer zirkonium(IV) oksid oktahydrat, Aluminium Nitrat Nanohydrat Triethylamine og HNO3(Salpetersyre); økende partikkelstørrelser hjelper ytterligere med spredning av metastabile zirkoniumoksidkorn.