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; o estresse 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 e aumentando a resistência à fratura (Clausen 1976).
ZTA se destaca pela 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, enquanto a transformação da zircônia induzida por tensão em sua forma tetragonal metaestável gera tensões de compressão que contrariam a formação de trincas em sua matriz de alumina e aumentam significativamente a tenacidade, aumentando ainda mais o desempenho do ZTA.
A ZTA ostenta não só a sua forte, estrutura tetragonal-monoclínica e alta tenacidade à fratura, mas também um baixo coeficiente de expansão térmica (CTE), tornando-o adequado para aplicações que exigem temperaturas extremas ou ambientes onde a estabilidade dimensional é crucial, como componentes de precisão ou pacotes eletrônicos.
ZTA se destaca entre os materiais de implantes médicos devido à sua combinação de resistência química, propriedades mecânicas e resistência à corrosão assistida por tensão em água ou fluidos corporais, 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.). Esta combinação é particularmente aplicável em ambientes médicos e industriais, como implantes ortopédicos, ferramentas de corte ou gerenciamento de fluidos (guias de rosca, rolamentos, bicos, etc.).
A maior tenacidade à fratura do ZTA pode ser atribuída às suas partículas de zircônia finamente distribuídas em sua matriz de alumina. Quando as rachaduras começam a se propagar, quando sua energia aumenta e se propaga mais adiante, esses grãos de zircônia tetragonais passam por transformação de fase para absorvê-los e dissipá-los como parte de um mecanismo de transformação e endurecimento – melhorando assim a resistência à fratura deste material.
O sucesso na fabricação da cerâmica ZTA reside no uso de pós de zircônia e alumina de qualidade premium, livres de impurezas. A sinterização deve ser controlada para evitar a transformação espontânea de zircônia tetragonal em monoclínica durante o resfriamento e para minimizar a formação de fase monoclínica metaestável, que é suscetível à quimissorção com moléculas de água, o que leva à degradação em baixa temperatura durante o uso a longo prazo.; O processo de sinterização da cerâmica ZTA da Saint-Gobain ZirPro foi criado especificamente para evitar tais fenômenos indesejáveis. Felizmente, a cerâmica ZTA da cerâmica Saint-Gobain ZirPro foi projetada especificamente para evitar que tais fenômenos aconteçam –
Estabilidade Térmica
Alumina Endurecida com Zircônia (ZTA) pode suportar mudanças rápidas de temperatura sem rachar ou quebrar, graças às partículas de zircônia dispersas dentro de uma matriz de alumina que absorve a energia térmica e cria tensões de compressão que evitam rachaduras e falhas. 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.