Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu – Zwiększona siła zapewniająca doskonałość przemysłową

Tlenek glinu wzmocniony tlenkiem cyrkonu (ZTA) to wyjątkowa ceramika, distinguished by high toughness and fracture resistance due to yttria stabilized zirconia particles dispersed through an alumina matrix.

This material can withstand rapid temperature changes without cracking or breaking, resists chemical corrosion and offers excellent thermal shock resistance.

Excellent Corrosion Resistance

ZTA ceramics offer an ideal balance between strength and value, being stronger than alumina products but less costly than pure zirconia. Their mechanical properties – odporność na pękanie, flexural strength and hardness as well as thermal shock resistance – make them suitable for making industrial tools like cutting wheels.

ZTA achieves its superior properties due to the addition of yttria stabilized zirconia (YSZ) particles within an alumina matrix. When dispersed evenly throughout, YSZ helps optimise both hardness-fracture toughness and tensile strength of both elements resulting in exceptional wear resistance, chemical inertness at room temperature and hot hardness/rapture strength properties for an exceptional ceramic material.

ZTA products’ mechanical properties depend heavily on their processing routes for producing powders, including heat treatments, calcination methods, drying techniques and sintering processes as well as tailored shaping with additives added during production. All these factors have an immediate effect on their strength, elasticity and hardness properties.

Excellent Thermal Shock Resistance

ZTA ceramics offer excellent thermal shock resistance, 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.

Poorly controlled sintering conditions may result in low flexural strength and poor homogeneity of an alumina-YSZ matrix, potentially due to air entrapment or particle agglomeration. By adding additives such as yttria or magnesium oxides, one may reduce tetragonal to monoclinic transformation temperature and enhance zirconia’s sintering properties.

Excellent Wear Resistance

ZTA not only excels in terms of thermal shock resistance and corrosion resistance, but is also highly wear resistant due to its tetragonal-monclinic phase transformation encasing mechanism. Ponadto, in vitro studies have revealed that ZTA components are less prone to hydrothermal degradation – something of major significance in hip replacement femoral head and cup ceramics (such as BIOLOX delta produced by 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; additives added and particle size distribution among others.

Excellent Strength

ZTA ceramics use stress-induced transformation to integrate zirconia into an alumina matrix, increasing strength and durability over time. This makes ZTA an excellent ceramic solution for industrial applications requiring toughness, high corrosion resistance, thermal shock tolerance and thermal shock tolerance.

Under strain, tetragonal metastable precipitates in cubic alumina undergo an abrupt transformation into monoclinic particles which increase its fracture toughness by creating compressive surface layers that adhere to cracks within its matrix.

Transformation toughening is a phenomenon known as fracture toughening, wherein increased fracture toughness of alumina results in shorter crack length, less crack blunting, and improved interactions with preexisting microcracks. This allows hard-on-hard and hard-on-soft bearing combinations which are used in modern medical-grade ceramics such as hip replacements. Ponadto, Yttrium stabilized zirconia implants known as y-TZP provide protection from wear over time.