Niezrównana wytrzymałość dzięki wzmocnionemu tlenkiem glinu tlenkiem cyrkonu (ZTA) Ceramika

Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu (ZTA) Ceramika charakteryzuje się niezrównaną wytrzymałością. Charakteryzują się doskonałą odpornością na zużycie, obojętność chemiczna i niskie tarcie zapewniają łatwą pracę w codziennych zadaniach – nie wspominając o wyższej twardości i sztywności niż metale.

ZTA obejmuje metastabilne tetragonalne aglomeraty polikrystaliczne tlenku cyrkonu w matrycy z tlenku glinu, które pod wpływem naprężenia ulegają przemianie fazowej indukowanej naprężeniem do postaci jednoskośnej, rozpraszając w ten sposób naprężenia ścinające i zatrzymując propagację pęknięć, powszechnie znane jako hartowanie transformacyjne.

Odporny na korozję

ZTA oferuje doskonałą odporność chemiczną w porównaniu do czystego tlenku glinu i może wytrzymać ekstremalne temperatury bez degradacji, co czyni go idealnym wyborem materiału do zastosowań przemysłowych w trudnych warunkach i środowiskach.

Wytrzymałość ZTA jest zwiększona dzięki cząsteczkom tlenku cyrkonu, które rozpraszają i pochłaniają energię, pomagając zapobiegać pękaniu. Po dodaniu tlenku itru, tlenek cyrkonu zmienia się z metastabilnej fazy tetragonalnej w jednoskośną podczas naprężenia, tworząc naprężenia ściskające, które zwiększają odporność na pękanie.

Ceramika na bazie tlenku cyrkonu, taka jak ZTA, zawiera cząsteczki tlenku glinu, które są odporne na szok termiczny. Dzięki temu jest w stanie wytrzymać szybkie zmiany temperatury bez pękania i awarii w zastosowaniach wymagających dużej wydajności, takich jak szlifowanie i cięcie; jego niska rozszerzalność liniowa i skrętna zapewnia wyjątkową nośność i wydajność. ZTA się chwali 2-3 razy większa wytrzymałość na rozciąganie w porównaniu do czystego tlenku glinu, mając jednocześnie niskie współczynniki rozszerzalności liniowej/skrętnej, co zapewnia wyjątkową nośność i wydajność.

Wysoka sztywność

ZTA łączy w sobie wytrzymałość i trwałość tlenku glinu z hartowaniem tlenkiem cyrkonu, tworząc wyjątkowy materiał do wymagających zastosowań. To połączenie zapewnia niezrównaną siłę, odporność na pękanie, właściwości elastyczności i twardości w jednym opakowaniu.

Claussen odkrył w 1976 że dodanie niestabilizowanego tlenku cyrkonu do tlenku glinu znacznie zwiększa jego odporność na pękanie, w wyniku tetragonalno-jednoskośnej transformacji rozproszonych drobnych tetragonalnych wydzieleń rozproszonych w jego matrycy. Takie metastabilne wydzielenia nie mogą się zmieniać, dopóki nie zostaną uwolnione przez zbliżające się czoło pęknięcia lub inne źródło uwolnienia od ich ograniczenia, na przykład przez topienie się.

Tłoczony na gorąco tlenek cyrkonu stabilizowany itrem o zawartości 10mol% itru (10YSZ), wzmocnione cząstkami stałymi lub płytkami zawierającymi 0 do 30% wag. tlenku glinu poddano rygorystycznej wytrzymałości, badania odporności na pękanie i powolnego wzrostu pęknięć w temperaturze 1000°C w powietrzu. Wyniki wykazały, że przy tej zawartości kompozycji uzyskano maksymalną wytrzymałość na zginanie i odporność na pękanie kompozytów płytkowych.

Wysoka wytrzymałość na rozciąganie

Ceramika cyrkonowa oferuje niezwykłe połączenie wytrzymałości, odporność, i wszechstronność, która dalece przyćmiewa tradycyjną ceramikę techniczną. Preparaty tlenku cyrkonu, takie jak ZTA, zapewniają rozwiązania dla najtrudniejszych współczesnych zastosowań, począwszy od komponentów lotniczych i kosmicznych wytrzymałych w trudnych warunkach, po implanty biomedyczne nowej generacji zaprojektowane z myślą o trwałości – dostarczanie niezawodnych rozwiązań dla najbardziej palących potrzeb współczesnego świata.

ZTA wyróżnia się spośród innych materiałów swoją doskonałą wytrzymałością na zginanie, odporność na pękanie i propagację pęknięć dzięki metastabilnej fazie tetragonalnej. Ta przemiana w jednoskośny tlenek cyrkonu w niskiej temperaturze ściska strefę przed frontem pęknięcia, aby zatrzymać dalszy wzrost.

Cyrkon częściowo stabilizowany itrem (Y-TZP) i tlenek cyrkonu częściowo stabilizowany cerem (Co-TZP) wykazują wyjątkowe właściwości wytrzymałościowe podobne do ZTA dzięki zatrzymaniu fazy tetragonalnej poprzez utrzymanie itru lub ceru w niższych temperaturach, umożliwiając transformację w łatwiejszym do kontrolowania zakresie temperatur i wykazując mniejsze uszkodzenia powierzchni podczas cyklicznych testów obciążeniowych niż odpowiedniki z tlenku glinu.

Niskie tarcie

Tlenek cyrkonu jest jedną z najtwardszych dostępnych materiałów ceramicznych inżynieryjnych, a jego właściwości o niskim tarciu pomagają zwiększyć odporność na zużycie, jednocześnie zmniejszając wymagania dotyczące smarowania.

Ceramika ZTA zawiera tlenek glinu dla maksymalnej wytrzymałości. Dzięki temu metastabilne, tetragonalne cząstki tlenku cyrkonu stabilizowane itrem w matrycy z tlenku glinu pozostają niezmienione, pozostając skrystalizowanym dzięki splecionej sieci ziaren.

Kontrolowany skład i warunki przetwarzania zapewniają, że po ochłodzeniu od temperatury spiekania nie nastąpi spontaniczna przemiana tetragonalna w jednoskośną, przyczyniając się do zdolności wielokrotnego trafienia w testach odporności na pękanie. Ponadto, wysoka jednorodność w kompozytach tlenek glinu i cyrkonu przy małych rozmiarach ziaren skutkuje niższą energią pękania, co z kolei przekłada się na krótszą długość pęknięć podczas testów wciskania diamentu.

Wysoka rozszerzalność cieplna

Siła wiązania matrycy tlenku glinu pozwala zapobiegać przechodzeniu tetragonalnych cząstek tlenku cyrkonu w jednoskośny tlenek cyrkonu po ochłodzeniu, w ten sposób tworząc 10 kret % Kompozyty tlenku cyrkonu i tlenku glinu stabilizowane itrem, stabilne i wolne od pęknięć.

Dodatek ceru do tlenku cyrkonu umożliwia jego częściową stabilizację (Co-TZP). Ce-TZP utrzymuje fazę tetragonalną w temperaturze pokojowej i znacznie zwiększa wytrzymałość, odporność na pękanie i wytrzymałość na zginanie w porównaniu z tradycyjnymi materiałami ceramiki dentystycznej.

Kompozyty z tlenku glinu, utwardzane tlenkiem cyrkonu, zawierające Ce-TZP, tlenek cyrkonu stabilizowany itrem (Y-TZP), lub tlenek cyrkonu stabilizowany magnezem (Mg-PSZ) wykazują wyjątkową wytrzymałość, przewyższającą wytrzymałość zarówno tlenku glinu, jak i monolitycznego tlenku cyrkonu, czyniąc ZTA idealnym kandydatem do wymagających zastosowań, takich jak implanty medyczne, komponenty lotnicze i maszyny przemysłowe. ZTA posiada również wiele właściwości odporności chemicznej, które chronią go przed kwasami, roztwory soli, stopione sole, zasady i wysokie temperatury.