Zaawansowana wytrzymałość do zastosowań przemysłowych
Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu (ZTA) elementy ceramiczne łączą twardość i wytrzymałość tlenku glinu z doskonałą odpornością tlenku cyrkonu na pękanie, aby zapewnić wydajność i trwałość w zastosowaniach przemysłowych.
Wywołana naprężeniem transformacja drobnych tetragonalnych cząstek tlenku cyrkonu osadzonych w matrycy z tlenku glinu prowadzi do materiałów ZTA o doskonałej wytrzymałości i wytrzymałości, nadaje się do stosowania w różnych trudnych warunkach.
Wytrzymałość
Materiały ZTA łączą twardość tlenku glinu z wytrzymałością tlenku cyrkonu, zapewniając niezrównaną odporność na zużycie i ścieranie. Efekt ten jest możliwy dzięki hartowaniu transformacyjnemu wywołanemu naprężeniem: kiedy się stresujesz, cząstki tlenku cyrkonu przechodzą z metastabilnej fazy tetragonalnej w stabilną formę jednoskośną; Zwiększenie objętości spowodowane tą zmianą strukturalną pomaga zamknąć wszelkie pęknięcia w osnowie tlenku glinu i znacznie zwiększyć wytrzymałość.
ZTA zawiera płytki tlenku cyrkonu, które podczas spiekania tworzą się w osnowie z tlenku glinu, poprawiając odporność na pękanie i wytrzymałość, jednocześnie zwiększając odporność na pękanie, tworząc materiał o większej wytrzymałości na zginanie niż Y-TZP i nawet dwukrotnie większej wytrzymałości na zmęczenie cykliczne. To połączenie wytrzymałości tlenku glinu w połączeniu z wytrzymałością tlenku cyrkonu sprawia, że ZTA jest doskonałym materiałem do zastosowań przemysłowych wymagających odporności na uszkodzenia.
Trwałość
Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu (ZTA) charakteryzuje się wyjątkową wytrzymałością na zginanie i ściskanie, o niskiej rozszerzalności cieplnej porównywalnej z tlenkiem glinu i wyjątkowych właściwościach odporności na zużycie.
Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu powstaje poprzez dodanie tetragonalnych ziaren tlenku cyrkonu w wyniku transformacji wywołanej naprężeniem w twardą matrycę tlenku glinu, zamykając je w swojej strukturze, ograniczając jednocześnie ich transformację do obszarów lokalnych, zamiast rozprzestrzeniać się po całym obszarze.
Mechanizm ten sprawia, że kompozyty tlenek glinu i cyrkonu są znacznie trwalsze niż monolityczny tlenek cyrkonu ze względu na ich odporność na absorpcję wody poprzez chemisorpcję; monolityczny tlenek cyrkonu może absorbować cząsteczki wody polarnej, co prowadzi do degradacji w niskiej temperaturze i ostatecznie do rozkładu po długotrwałym użytkowaniu.
ZTA, z drugiej strony, został specjalnie zaprojektowany, aby ułatwić transformację tetragonalną w jednoskośną poprzez cechy strukturalne i dodatki chemiczne. CeramTec sprzedaje jako przykład Biolox Delta ZTA; ta formuła zawiera itr i glinian strontu, aby ułatwić mechanizmy hartowania w fazie tlenku cyrkonu, a w konsekwencji wiąże się z mniejszym ryzykiem degradacji w niskiej temperaturze, a jednocześnie jest odporna na środowiska o wysokiej temperaturze.
Odporność na korozję
Ceramika ZTA oferuje lepszą odporność na korozję w porównaniu z jej odpowiednikami z tlenku glinu i dlatego może być stosowana w sprzęcie narażonym na trudne warunki. Ponadto, ZTA może wytrzymać wyższe temperatury, oferując jednocześnie większą stabilność chemiczną.
Garvie i in (1975) pokazał, że dodanie 10-20% niestabilizowany tlenek cyrkonu może znacznie zwiększyć wytrzymałość w porównaniu z tlenkiem glinu, poprzez hartowanie transformacyjne. Proces ten zachodzi, gdy drobno rozproszone tetragonalne metastabilne wydzielenia zmieniają się w jednoskośny tlenek cyrkonu pod wpływem naprężenia, powodując zwiększenie objętości, które ściska pęknięcia i spowalnia lub zatrzymuje ich propagację.
Mechanizm ten przypomina naprężenia wywołane odkształceniem; Jednakże, aby spowodować zmiany fazowe pole naprężeń musi być odpowiednio duże; w przypadku pęknięć próbek ZTA energia ta pochodzi z naprężeń zginających w miejscach pęknięć.
Odporność na ciepło
Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu charakteryzuje się wyjątkowo wysoką temperaturą topnienia i odpornością na korozję, co czyni go idealnym materiałem na sprzęt często narażony na działanie wysokich temperatur. Ponadto, ten wariant ma większą odporność na tarcie niż standardowy tlenek glinu, pomagając zmniejszyć zużycie sprzętu narażonego na wyższy poziom energii kinetycznej.
Ceramika ZTA powstaje w wyniku wywołanej naprężeniem transformacji tetragonalnych cząstek tlenku cyrkonu w matrycę z tlenku glinu, tworząc w nich naprężenia ściskające, które zapobiegają propagacji pęknięć, zwiększając zarówno wytrzymałość, jak i wytrzymałość, zapewniając jednocześnie odporność na szok termiczny bez pęknięć i pęknięć. Charakteryzują się doskonałą odpornością na szok termiczny; wytrzymuje szybkie zmiany temperatury bez pękania i pękania pod wpływem naprężeń.
Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu ma wiele zastosowań w wielu gałęziach przemysłu ze względu na jego szeroki zestaw właściwości. Inżynieria mechaniczna wykorzystuje go do produkcji elementów pomp i uszczelek; w przetwarzaniu półprzewodników wykorzystuje się go ze względu na jego stabilność termiczną i wytrzymałość; lotniczy, Przemysł motoryzacyjny i energetyczny wykorzystują go jako części silników ze względu na jego odporność na korozję i agresywne chemikalia; wytrzymuje nawet dużą wytrzymałość na zginanie implantów dentystycznych!