Zirconia herdet aluminiumoksyd – Forbedret styrke for industriell fortreffelighet

Zirconia herdet aluminiumoksyd (ZTA) er en eksepsjonell keramikk, kjennetegnet ved høy seighet og bruddmotstand på grunn av yttriastabiliserte zirkoniumoksidpartikler spredt gjennom en aluminiumoksidmatrise.

Dette materialet tåler raske temperaturendringer uten å sprekke eller gå i stykker, motstår kjemisk korrosjon og gir utmerket motstand mot termisk sjokk.

Utmerket korrosjonsbestandighet

ZTA-keramikk tilbyr en ideell balanse mellom styrke og verdi, er sterkere enn aluminiumoksydprodukter, men mindre kostbart enn ren zirkoniumoksyd. Deres mekaniske egenskaper – bruddseighet, bøyestyrke og hardhet samt termisk støtmotstand – gjør dem egnet for å lage industrielle verktøy som skjærehjul.

ZTA oppnår sine overlegne egenskaper på grunn av tilsetningen av yttriastabilisert zirkoniumoksid (YSZ) partikler i en aluminiumoksydmatrise. Når den er jevnt spredt utover, YSZ bidrar til å optimere både hardhetsbruddseighet og strekkstyrke til begge elementene, noe som resulterer i eksepsjonell slitestyrke, kjemisk treghet ved romtemperatur og varmehardhet/opprivningsstyrkeegenskaper for et eksepsjonelt keramisk materiale.

ZTA produkter’ mekaniske egenskaper avhenger sterkt av deres prosesseringsruter for å produsere pulver, inkludert varmebehandlinger, kalsineringsmetoder, tørketeknikker og sintringsprosesser samt skreddersydd forming med additiver tilsatt under produksjon. Alle disse faktorene har en umiddelbar effekt på deres styrke, elastisitets- og hardhetsegenskaper.

Utmerket termisk støtmotstand

ZTA-keramikk gir utmerket motstand mot termisk støt, gjør dem til et utmerket valg for romfartsapplikasjoner som krever høye nivåer av styrke, seighet, og kjemisk treghet. Når den er jevnt spredt i en aluminiumoksydmatrise, kan YSZ optimaliseres. En slik transformasjonsherdet zirkoniumoksid-aluminiumoksidkeramikk som vi tilbyr er BIOLOX delta som kan brukes til ortopediske bærende komponenter som hofteprotese.

Stressindusert transformasjon fra metastabil tetragonal til monoklinisk struktur av YSZ produserer volumekspansjon og skjærbelastning som motvirker sprekkforplantning, øker bruddseigheten samtidig som bøyestyrken forbedres. Ytelsen til et slikt aluminiumoksyd-YSZ transformasjonsherdet keramikk er avhengig av prosessforhold så vel som av dets støkiometri av oksider som består av i sintringsprosessen.

Dårlig kontrollerte sintringsforhold kan resultere i lav bøyestyrke og dårlig homogenitet av en aluminiumoksyd-YSZ matrise, potensielt på grunn av luftinnfanging eller agglomerering av partikler. Ved å tilsette tilsetningsstoffer som yttria eller magnesiumoksider, man kan redusere tetragonal til monoklin transformasjonstemperatur og forbedre zirconia sintringsegenskaper.

Utmerket slitestyrke

ZTA utmerker seg ikke bare når det gjelder termisk støtmotstand og korrosjonsbestandighet, men er også svært slitebestandig på grunn av sin tetragonal-monkliniske fasetransformasjonsinnkapslingsmekanisme. Videre, in vitro-studier har vist at ZTA-komponenter er mindre utsatt for hydrotermisk nedbrytning – noe av stor betydning i hofteerstatning lårbenshode og skål keramikk (slik som BIOLOX delta produsert av CeramTec).

Simulerte slitasjetester utført på ZTA-komponenter laget av alumina-zirkonia komposittmaterialer har gitt imponerende resultater når det gjelder slitestyrke, bøyestyrke og hardhet. ZTA-prøver eksponert for flere sykluser i hoftesimulatoren viste minimal degradering med betydelig lavere overflateruhet enn monolittiske zirkoniumkomponenter.

ZTA-komponenter har vist seg egnet for krevende bruksområder innen bilproduksjon (varm- og kaldformingsverktøy, bokslukkingsruller og kapstaner); energiindustrien (lagre, åpningsinnsatser og virvelsøkere); matforedling (homogenisere pumpedeler); og energiindustrien. Deres mekaniske egenskaper avhenger av mange variabler: forberedelsesruter som brukes til å tilberede pulver; tørkemetoder som brukes under kalsinering; formingsteknikker tatt i bruk under sintringsteknikker; skreddersydd forming; tilsetningsstoffer og partikkelstørrelsesfordeling blant annet.

Utmerket styrke

ZTA-keramikk bruker stressindusert transformasjon for å integrere zirkoniumoksid i en aluminamatrise, øker styrke og holdbarhet over tid. Dette gjør ZTA til en utmerket keramisk løsning for industrielle applikasjoner som krever seighet, høy korrosjonsbestandighet, termisk sjokktoleranse og termisk sjokktoleranse.

Under belastning, tetragonale metastabile utfellinger i kubisk alumina gjennomgår en brå transformasjon til monokliniske partikler som øker bruddseigheten ved å lage trykkoverflatelag som fester seg til sprekker i matrisen..

Transformasjonsherding er et fenomen kjent som bruddherding, hvori økt bruddseighet av alumina resulterer i kortere sprekklengde, mindre crack buttling, og forbedret interaksjon med eksisterende mikrosprekker. Dette tillater hardt-mot-hardt og hardt-mot-mykt lagerkombinasjoner som brukes i moderne medisinsk keramikk som hofteprotese. Videre, Yttrium-stabiliserte zirkonium-implantater kjent som y-TZP gir beskyttelse mot slitasje over tid.