Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu do zaawansowanych zastosowań
ZTA to materiał kompozytowy z tlenku glinu i tlenku cyrkonu, wyróżnia się wyjątkową wytrzymałością i wytrzymałością. Wytwarzany w wyniku wywołanej naprężeniem transformacji drobnych tetragonalnych cząstek tlenku cyrkonu w matrycę z tlenku glinu.
Ceramika cyrkonowa to niezwykłe materiały techniczne, charakteryzujący się doskonałą twardością, stabilność termiczna, odporność na zużycie i środowiska pracy, w których wiele innych materiałów ceramicznych nie może działać. Metale i tworzywa sztuczne po prostu nie mogą się równać. Ponadto, Ceramika cyrkonowa charakteryzuje się również wyjątkową twardością przy wytwarzaniu narzędzi.
Wytrzymałość
ZTA wyróżnia się spośród materiałów ceramicznych wyjątkową wytrzymałością i wytrzymałością, odporność na zużycie, obojętność chemiczna, niski współczynnik tarcia, wysoki stosunek twardość/sztywność i stosunkowo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej w porównaniu do większości innych – co czyni go idealnym materiałem do zastosowań takich jak narzędzia skrawające. Ponadto, jego biokompatybilność sprawia również, że ZTA jest atrakcyjnym materiałem.
ZTA charakteryzuje się bardzo równomiernym rozkładem tetragonalnych cząstek tlenku cyrkonu w matrycy z tlenku glinu. Osiąga się to przy użyciu zaawansowanych technik mieszania, takich jak mielenie kulowe i wysokoenergetyczne mielenie ścierne; po zmieszaniu proszki można następnie uformować w zamierzony składnik za pomocą prasowania na sucho, prasowanie izostatyczne, techniki formowania wtryskowego lub wytłaczania.
Tlenek cyrkonu rozproszony w osnowie tlenku glinu poprawia odporność na pękanie poprzez pochłanianie i rozpraszanie energii pękania, znane jako hartowanie transformacyjne. Tlenek cyrkonu przyczynia się również do odporności na zużycie, wytwarzając naprężenia ściskające, które zapobiegają rozprzestrzenianiu się pęknięć – zwane samoostrzeniem – co sprawia, że ZTA jest doskonałym wyborem materiału na ściernice.
Wytrzymałość
Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu (ZTA) Ceramika charakteryzuje się imponującą wytrzymałością i odpornością na pękanie, co czyni je idealnymi do stosowania w różnych zastosowaniach i środowiskach. Ta niezwykła odporność wynika z przemiany fazowej drobnego materiału wywołanej naprężeniem, równomiernie rozproszone tetragonalne cząstki tlenku cyrkonu rozproszone w matrycy z tlenku glinu; naprężenie powoduje przemianę fazową, w wyniku której powstają sieci mikropęknięć z tlenku cyrkonu i tlenku glinu, które pochłaniają energię propagacji pęknięć, skutecznie opóźniając ich rozprzestrzenianie się, jednocześnie zwiększając odporność na pękanie (Clausena 1976).
ZTA wyróżnia się wyjątkową odpornością na szok termiczny. Dzięki unikalnemu połączeniu tetragonalno-jednoskośnego składu fazowego, ceramika ta wytrzymuje szybkie zmiany temperatury bez pękania i pękania, podczas gdy wywołana naprężeniem transformacja tlenku cyrkonu w jego metastabilną formę tetragonalną generuje naprężenia ściskające, które przeciwdziałają tworzeniu się pęknięć w jego osnowie z tlenku glinu i znacznie zwiększają wytrzymałość, dodatkowo zwiększając w ten sposób wydajność ZTA.
ZTA może pochwalić się nie tylko siłą, strukturę tetragonalną i jednoskośną oraz wysoką odporność na pękanie, ale także niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE), dzięki czemu nadaje się do zastosowań wymagających ekstremalnych temperatur lub środowisk, w których stabilność wymiarowa ma kluczowe znaczenie, takie jak komponenty precyzyjne lub pakiety elektroniczne.
ZTA wyróżnia się na tle materiałów do implantów medycznych połączeniem odporności chemicznej, właściwości mechaniczne i odporność na korozję wspomaganą naprężeniami w wodzie lub płynach ustrojowych, co czyni go głównym kandydatem na implanty medyczne, takie jak ortopedyczne głowy kości udowych i wkładki panewkowe. Biomateriał BioLOX Delta jest jednym z takich przykładów; szeroko stosowane podczas operacji ortopedycznych w obu zastosowaniach.
Odporność na korozję
ZTA może poszczycić się doskonałymi właściwościami zarówno tlenku glinu, jak i tlenku cyrkonu, dzięki czemu jest wysoce odporny zarówno na ataki chemiczne, jak i zużycie, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań w środowiskach podatnych na korozję, powtarzającym się tarciu lub naprężeniach mechanicznych.
Połączenie twardości tlenku glinu z wytrzymałością tlenku cyrkonu daje doskonałe właściwości tribologiczne, które zapewniają doskonałą odporność na zużycie elementów poddawanych dużym obciążeniom i długotrwałemu użytkowaniu, takich jak implanty ortopedyczne, narzędzia skrawające i odporne na zużycie komponenty stosowane w gospodarce płynami (prowadnice nici, namiar, dysze itp). Ta kombinacja ma szczególne zastosowanie w zastosowaniach medycznych i przemysłowych, takich jak implanty ortopedyczne, narzędzia skrawające lub zarządzanie płynami (prowadnice nici, łożyska, dysze itp).
Zwiększoną odporność na pękanie ZTA można przypisać drobno rozprowadzonym cząstkom tlenku cyrkonu w matrycy z tlenku glinu. Kiedy pęknięcia zaczynają się rozprzestrzeniać, gdy ich energia wzrasta i rozprzestrzenia się dalej, te tetragonalne ziarna tlenku cyrkonu przechodzą transformację fazową w celu jego absorpcji i rozproszenia w ramach mechanizmu hartowania transformacyjnego – poprawiając tym samym odporność na pękanie tego materiału.
Sukces w produkcji ceramiki ZTA polega na zastosowaniu najwyższej jakości proszków tlenku cyrkonu i tlenku glinu, wolnych od zanieczyszczeń. Spiekanie musi być kontrolowane, aby uniknąć spontanicznej przemiany tlenku cyrkonu z tetragonalnego w jednoskośny podczas chłodzenia i aby zminimalizować tworzenie metastabilnej fazy jednoskośnej, która jest podatna na chemisorpcję z cząsteczkami wody, co prowadzi do degradacji w niskiej temperaturze podczas długotrwałego użytkowania; Proces spiekania ceramiki ZTA firmy Saint-Gobain ZirPro został specjalnie stworzony, aby uniknąć takich niepożądanych zjawisk. Na szczęście ceramika ZTA firmy Saint-Gobain ZirPro została zaprojektowana specjalnie w celu zapobiegania takim zjawiskom –
Stabilność termiczna
Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu (ZTA) może wytrzymać szybkie zmiany temperatury bez pękania i łamania, dzięki cząsteczkom tlenku cyrkonu rozproszonym w osnowie tlenku glinu absorbującym energię cieplną i wytwarzającym naprężenia ściskające, które zapobiegają pękaniu i uszkodzeniom. Ponieważ ZTA tak skutecznie pochłania energię cieplną, materiał ten stanowi doskonały wybór do zastosowań wymagających odporności na wysoką temperaturę.
Dodatek tlenku cyrkonu do matrycy tlenku glinu może zwiększyć odporność na pękanie, jednocześnie poprawiając właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość i odporność na zużycie. Zwiększoną odporność na pękanie w ZTA można przypisać wywołanej naprężeniom transformacji z metastabilnej fazy tetragonalnej do fazy jednoskośnej w temperaturach otoczenia; efekt wzmocniony przez mniejsze rozmiary ziaren tlenku cyrkonu niż w przypadku tlenku glinu.
Stabilizatory są często stosowane w celu zachowania tetragonalnej fazy tlenku cyrkonu w materiałach ZTA, takich jak Biolox Delta; Jednakże, podobne wyniki można osiągnąć bez stabilizatorów pod względem rozkładu cząstek i odporności na pękanie.
Połączenie tlenku glinu i tlenku cyrkonu tworzy zaawansowaną ceramikę, która wyróżnia się wytrzymałością, odporność na pękanie, elastyczność i twardość – właściwości niezbędne do zastosowań wymagających wydajności strukturalnej i odporności na korozję. Ceramika ZTA ma tendencję do osiągania lepszych wyników 99% ceramiki z tlenku glinu jest opłacalna, a jednocześnie skuteczniej spełnia określone potrzeby aplikacji; ich stosunek można nawet specjalnie dostosować.