Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu – Zwiększona siła zapewniająca doskonałość przemysłową
Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu (ZTA) to wyjątkowa ceramika, wyróżnia się wysoką wytrzymałością i odpornością na pękanie dzięki cząsteczkom tlenku cyrkonu stabilizowanym tlenkiem itru rozproszonym w matrycy z tlenku glinu.
Materiał ten może wytrzymać szybkie zmiany temperatury bez pękania i pękania, jest odporny na korozję chemiczną i zapewnia doskonałą odporność na szok termiczny.
Doskonała odporność na korozję
Ceramika ZTA oferuje idealną równowagę pomiędzy wytrzymałością i wartością, jest mocniejszy niż produkty z tlenku glinu, ale tańszy niż czysty tlenek cyrkonu. Ich właściwości mechaniczne – odporność na pękanie, wytrzymałość na zginanie i twardość oraz odporność na szok termiczny – sprawiają, że nadają się do wytwarzania narzędzi przemysłowych, takich jak tarcze tnące.
ZTA osiąga swoje doskonałe właściwości dzięki dodatkowi tlenku cyrkonu stabilizowanego itrem (YSZ) cząstek w matrycy tlenku glinu. Po równomiernym rozproszeniu, YSZ pomaga zoptymalizować zarówno twardość, odporność na pękanie, jak i wytrzymałość na rozciąganie obu elementów, co zapewnia wyjątkową odporność na zużycie, obojętność chemiczna w temperaturze pokojowej i twardość na gorąco/wytrzymałość na wyrywanie dla wyjątkowego materiału ceramicznego.
Produkty ZTA’ właściwości mechaniczne zależą w dużym stopniu od sposobów ich przetwarzania w celu wytworzenia proszków, łącznie z obróbką cieplną, metody kalcynacji, technik suszenia i procesów spiekania oraz indywidualnego kształtowania z dodatkami dodawanymi podczas produkcji. Wszystkie te czynniki mają bezpośredni wpływ na ich wytrzymałość, właściwości sprężystości i twardości.
Doskonała odporność na szok termiczny
Ceramika ZTA zapewnia doskonałą odporność na szok termiczny, co czyni je doskonałym wyborem do zastosowań lotniczych i kosmicznych, które wymagają wysokiego poziomu wytrzymałości, wytrzymałość, i obojętność chemiczna. Po równomiernym zdyspergowaniu w matrycy z tlenku glinu YSZ można zoptymalizować. Jedną z oferowanych przez nas ceramiki z tlenku cyrkonu i tlenku glinu wzmocnionej transformacją jest BIOLOX delta, który można znaleźć w elementach nośnych ortopedii, takich jak protezy stawu biodrowego.
Transformacja wywołana naprężeniami z metastabilnej struktury tetragonalnej do jednoskośnej struktury YSZ powoduje rozszerzanie objętości i odkształcenie ścinające, które przeciwdziałają propagacji pęknięć, zwiększenie odporności na pękanie przy jednoczesnej poprawie wytrzymałości na zginanie. Wydajność takiej ceramiki wzmocnionej transformacją tlenku glinu-YSZ zależy od warunków przetwarzania, jak również od stechiometrii tlenków składowych w procesie spiekania.
Źle kontrolowane warunki spiekania mogą skutkować niską wytrzymałością na zginanie i słabą jednorodnością osnowy tlenku glinu-YSZ, potencjalnie z powodu uwięzienia powietrza lub aglomeracji cząstek. Poprzez dodanie dodatków takich jak tlenki itru lub magnezu, można obniżyć temperaturę przemiany tetragonalnej do jednoskośnej i poprawić właściwości spiekania tlenku cyrkonu.
Doskonała odporność na zużycie
ZTA wyróżnia się nie tylko odpornością na szok termiczny i korozję, ale jest również bardzo odporny na zużycie ze względu na mechanizm otaczający przemianę fazową tetragonalną i jednoskośną. Ponadto, badania in vitro wykazały, że składniki ZTA są mniej podatne na degradację hydrotermalną – coś o dużym znaczeniu w przypadku endoprotezoplastyki głowy kości udowej i ceramiki panewki (takie jak BIOLOX delta firmy CeramTec).
Symulowane testy zużycia elementów ZTA wykonanych z materiałów kompozytowych tlenek glinu i tlenku cyrkonu dały imponujące wyniki pod względem odporności na zużycie, wytrzymałość na zginanie i twardość. Próbki ZTA poddane wielokrotnym cyklom w symulatorze biodra wykazały minimalną degradację przy znacznie niższej chropowatości powierzchni niż monolityczne komponenty z tlenku cyrkonu.
Komponenty ZTA sprawdziły się w wymagających zastosowaniach w produkcji samochodów (narzędzia do formowania na gorąco i na zimno, rolki zamykające puszki i kabestany); przemysł energetyczny (namiar, wkładki kryzowe i wykrywacze wirów); przetwórstwo spożywcze (części pompy homogenizującej); i energetyki. Ich właściwości mechaniczne zależą od wielu zmiennych: drogi przygotowania stosowane do przygotowania proszków; metody suszenia stosowane podczas kalcynacji; techniki kształtowania przyjęte podczas technik spiekania; dopasowany krój; dodanych dodatków i rozkładu wielkości cząstek, między innymi.
Doskonała siła
Ceramika ZTA wykorzystuje transformację wywołaną naprężeniem w celu zintegrowania tlenku cyrkonu z matrycą tlenku glinu, zwiększając siłę i trwałość w miarę upływu czasu. To sprawia, że ZTA jest doskonałym rozwiązaniem ceramicznym do zastosowań przemysłowych wymagających wytrzymałości, wysoka odporność na korozję, tolerancja na szok termiczny i tolerancja na szok termiczny.
Pod napięciem, tetragonalne metastabilne wydzielenia w sześciennym tlenku glinu ulegają gwałtownej przemianie w cząstki jednoskośne, które zwiększają jego odporność na pękanie, tworząc ściskające warstwy powierzchniowe, które przylegają do pęknięć w jego osnowie.
Hartowanie transformacyjne jest zjawiskiem znanym jako hartowanie poprzez pękanie, przy czym zwiększona odporność tlenku glinu na pękanie skutkuje krótszą długością pęknięcia, mniejsze tępienie pęknięć, oraz ulepszone interakcje z wcześniej istniejącymi mikropęknięciami. Umożliwia to kombinacje łożysk twarde-twarde i twarde-miękkie, które są stosowane w nowoczesnej ceramice klasy medycznej, takiej jak protezy stawu biodrowego. Ponadto, Implanty cyrkonowe stabilizowane itrem, znane jako y-TZP, zapewniają ochronę przed zużyciem w miarę upływu czasu.