Alumina temperada com zircônia para aplicações avançadas
ZTA é um material compósito de alumina-zircônia, distinguido pela resistência e tenacidade superiores. Produzido através da transformação induzida por estresse de finas partículas tetragonais de zircônia em uma matriz de alumina.
Cerâmicas de zircônia são materiais técnicos notáveis, ostentando excelente dureza, estabilidade térmica, resistência ao desgaste e ambientes operacionais onde muitas outras cerâmicas não podem funcionar. Metais e plásticos simplesmente não podem ser comparados. Além disso, a cerâmica de zircônia também apresenta excelente dureza para fazer ferramentas.
Força
ZTA se destaca entre os materiais cerâmicos por sua excepcional resistência e tenacidade, resistência ao desgaste, inércia química, baixo coeficiente de atrito, alta relação dureza/rigidez e coeficiente de expansão térmica relativamente baixo em comparação com a maioria dos outros – tornando-o um material ideal para aplicações como ferramentas de corte. Além disso, sua biocompatibilidade também torna o ZTA uma escolha de material atraente.
ZTA é definido por sua distribuição altamente uniforme de partículas tetragonais de zircônia dentro de uma matriz de alumina. Isto é conseguido usando técnicas sofisticadas de mistura, como moagem de bolas e moagem de atrito de alta energia.; uma vez misturados, os pós podem então ser formados no componente pretendido usando prensagem a seco, prensagem isostática, técnicas de moldagem por injeção ou extrusão.
A zircônia dispersa em uma matriz de alumina melhora a resistência à fratura ao absorver e dissipar a energia da trinca, conhecido como endurecimento de transformação. A zircônia também contribui para a resistência ao desgaste, produzindo tensões de compressão que evitam a propagação de trincas. – conhecido como autoafiável – tornando o ZTA uma excelente escolha de material para rebolos.
Resistência
Alumina Endurecida com Zircônia (ZTA) a cerâmica apresenta resistência impressionante e resistência à fratura, tornando-os perfeitos para uso em uma variedade de aplicações e ambientes. Esta notável resiliência vem da transformação de fase induzida por estresse de finos, partículas de zircônia tetragonal uniformemente dispersas dispersas dentro de uma matriz de alumina; a tensão induz a transformação de fase para produzir redes de microfissuras de zircônia-alumina que absorvem a energia da propagação da fissura, atrasando efetivamente sua propagação enquanto aumenta a resistência à fratura (Clausen 1976).
ZTA se destaca por sua excelente resistência ao choque térmico. Graças à sua combinação única de composição de fase tetragonal-monoclínica, esta cerâmica pode suportar mudanças rápidas de temperatura sem rachar ou quebrar, while stress-induced transformation of zirconia into its metastable tetragonal form generates compressive stresses which counter the formation of cracks within its alumina matrix and significantly increase toughness thereby further increasing ZTA’s performance.
ZTA boasts not only its strong, tetragonal-monoclinic structure and high fracture toughness, but also a low coefficient of thermal expansion (CTE), making it suitable for applications requiring extreme temperatures or environments where dimensional stability is crucial, such as precision components or electronic packages.
ZTA stands out among medical implant materials due to its combination of chemical resistance, mechanical properties and stress assisted corrosion resistance in water or body fluids, tornando-o um excelente candidato para implantes médicos, como cabeças femorais ortopédicas e revestimentos acetabulares. O biomaterial BioLOX Delta é um exemplo; usado extensivamente durante cirurgias ortopédicas para ambas as aplicações.
Resistência à corrosão
ZTA possui propriedades superiores de alumina e zircônia, tornando-o altamente resistente ao ataque químico e ao desgaste, tornando-o perfeito para aplicações que envolvem ambientes propensos à corrosão ou atrito repetitivo ou estresse mecânico.
A combinação da dureza da alumina com a tenacidade da zircônia resulta em excelentes propriedades tribológicas que proporcionam excelente resistência ao desgaste em componentes com cargas pesadas e uso a longo prazo, como implantes ortopédicos, ferramentas de corte e componentes resistentes ao desgaste usados no gerenciamento de fluidos (guias de linha, rolamentos, bicos etc.). This combination is particularly applicable in medical and industrial settings like orthopaedic implants, cutting tools or fluid management (thread guides bearings nozzles etc).
ZTA’s enhanced fracture toughness can be attributed to its finely distributed zirconia particles in its alumina matrix. When cracks begin to propagate, when their energy increases and propagate further along, these tetragonal zirconia grains undergo phase transformation to absorb and dissipate it as part of a transformation toughening mechanism – hence improving fracture toughness of this material.
Success in manufacturing ZTA ceramic lies in using premium-quality zirconia and alumina powders free from impurities. Sintering must be controlled to avoid spontaneous tetragonal-to-monoclinic zirconia transformation during cooling and to minimize metastable monoclinic phase formation which is susceptible to chemisorption with water molecules that leads to low temperature degradation over long term usage; Saint-Gobain ZirPro’s ZTA ceramic’s sintering process was specifically created to avoid such undesirable phenomena. Luckily Saint-Gobain ZirPro ceramic’s ZTA ceramic is designed specifically to prevent such phenomena from happening –
Thermal Stability
Alumina Endurecida com Zircônia (ZTA) can withstand rapid changes in temperature without cracking or breaking, thanks to zirconia particles dispersed within an alumina matrix absorbing heat energy and creating compressive stresses which prevent cracking and failure. Porque o ZTA absorve energia térmica de forma tão eficaz, este material é uma excelente escolha para aplicações que exigem resistência a altas temperaturas.
A adição de zircônia a uma matriz de alumina pode aumentar a tenacidade à fratura e, ao mesmo tempo, melhorar propriedades mecânicas como resistência e resistência ao desgaste. O aumento da tenacidade à fratura no ZTA é atribuível à transformação induzida por tensão da fase tetragonal metaestável para a fase monoclínica à temperatura ambiente; um efeito amplificado por tamanhos de grãos de zircônia menores do que os da alumina.
Estabilizadores são frequentemente empregados para preservar a fase tetragonal de zircônia em materiais ZTA, como Biolox Delta; no entanto, resultados semelhantes podem ser alcançados sem estabilizadores em termos de distribuição de partículas e resistência à fratura.
Uma combinação de alumina e zircônia cria uma cerâmica avançada que se destaca pela resistência, tenacidade à fratura, elasticidade e dureza – características essenciais para aplicações que exigem desempenho estrutural e resistência à corrosão. A cerâmica ZTA tende a ter desempenho superior 99% a cerâmica de alumina é econômica e atende às necessidades específicas da aplicação com mais eficiência; sua proporção pode até ser adaptada especificamente.