Alumina Endurecida com Zircônia
Alumina temperada com zircônia (ZTA) é um material cerâmico avançado amplamente utilizado em vedações de válvulas, buchas, componentes de bombas e ferramentas de corte devido à sua resistência e estabilidade química – como evidenciado pela sua capacidade de suportar cargas pesadas sem degradação significativa.
ZTA possui impressionante resistência ao choque térmico e pode suportar mudanças repentinas de temperatura, bem como rápidas oscilações de temperatura. Continue lendo para saber mais sobre suas propriedades mecânicas!
Dureza
A zircônia adicionada a uma matriz de alumina aumenta sua dureza, tenacidade à fratura e resistência à flexão enquanto aumenta a resistência ao desgaste e à erosão. O mecanismo normalmente envolvido é a transformação de fase seguida pela formação de microfissuras, mas também pode envolver teorias de teoria de tensão, conforme aplicável..
Precipitados de zircônia tetragonal metaestáveis que formam dispersão fina dentro de uma matriz de alumina podem sofrer transformação espontânea em formas monoclínicas quando sua restrição é levantada durante a propagação de trincas, fornecendo energia contra campos de tensão que impulsionam a propagação de fissuras.
A cerâmica ZTA possui resistência à fratura e dureza superiores em comparação com outras cerâmicas de engenharia à base de óxido, bem como duas vezes a resistência à fadiga cíclica do Y-TZP. Como tal, suas propriedades o tornam adequado para aplicações que exigem extrema resistência ao desgaste, inércia química e baixo atrito, bem como alta resistência e rigidez.
Resistência à Flexão
A cerâmica ZTA pode ser feita alterando a proporção de zircônia estabilizada com ítria (Y-TZP) dentro de uma matriz de alumina usando prensagem isostática a quente, para otimizar combinações de dureza-resistência à fratura-resistência à flexão que resultam em resistência à fadiga cíclica incomparável, superando as cerâmicas técnicas mais avançadas.
Y-TZP metaestável em uma matriz de alumina resulta na formação de aglomerados de fase de transformação tetragonal-monoclínica que aumentam a tenacidade à fratura através do enrijecimento da transformação de fase (Clausen 1976). Preferencialmente atravessando fissuras, esses aglomerados de transição comprimirão a zona à frente da frente da fissura e reduzirão sua progressão, em última análise, aumentando a resistência à fratura.
Esta estrutura de material levou à criação de compósitos de alumina-zircônia como o BIOLOX Delta, usado extensivamente para substituições totais de quadril e outros componentes ortopédicos de suporte de carga. Este biomaterial cerâmico apresenta excelente resistência ao desgaste, inércia química à temperatura ambiente, resistência ao choque térmico e excelente inércia química em todas as temperaturas.
Resistência à corrosão
Quimicamente inerte e resistente a altas temperaturas e desgaste, fornece desempenho superior em comparação com 99 cerâmica de alumina e também é mais econômica.
A zircônia também possui uma impressionante resistência à tração, propriedades de flexão e elasticidade e biocompatibilidade – tornando-o ideal para usos médicos, como substituições de quadril. Devido ao endurecimento por transformação sob condições de tensão, partículas de zircônia mudam da forma tetragonal metaestável para a forma monoclínica, ajudando a fechar fissuras com mais eficiência e aumentando a resistência à fratura.
CeramTec (Biolox Delta) comercializa um compósito de alumina-zircônia onde a zircônia não estabilizada permanece na fase tetragonal para gerenciar essa transformação e fornecer embotamento da ponta da trinca e desvio da trinca, melhorando a tenacidade da matriz de alumina. O conteúdo de zircônia do material pode ser alterado através de técnicas de preparação de pó e densificação.
Resistência ao choque térmico
A zircônia adicionada a uma matriz de alumina primária durante a sinterização pode aumentar significativamente sua resistência e tenacidade, criando o que é conhecido como ZTA (Alumina Endurecida com Zircônia), superando a cerâmica de alumina regular em aplicações mecânicas e de desgaste.
A alumina temperada com zircônia é conhecida por suas propriedades excepcionais, como alta dureza a quente e resistência ao arrebatamento, inércia química à temperatura ambiente, baixas taxas de expansão térmica e excelente resistência ao choque térmico – propriedades ideais para componentes de fresamento, bem como peças de desgaste que requerem mecanismos de resfriamento.
A CeramTec comercializa um ZTA chamado Biolox delta que apresenta uma matriz de alumina com partículas dispersas de Y-TZP (17 peso/peso%) e plaquetas de aluminato de estrôncio (0.5 peso/peso%), fornecendo uma combinação eficaz de mecanismos de transformação de fase tetragonal para monoclínica e mecanismos de deflexão de trincas para fornecer maior tenacidade, o que o torna ideal para procedimentos primários de ATQ em superfícies de suporte femoral.
Isolamento Elétrico
A alumina temperada com zircônia pode suportar choques térmicos sem rachar ou quebrar sob mudanças repentinas de temperatura, graças às partículas de alumina dispersas em sua matriz que absorvem a energia térmica e geram tensões de compressão que evitam fraturas.
A cerâmica de alumina-zircônia é mais densa que sua contraparte de zircônia pura, tornando-o ideal para aplicações de isolamento elétrico. Além disso, sua menor expansão térmica do que a zircônia o torna adequado para peças que requerem resfriamento.
O endurecimento por transformação de compósitos de alumina-zircônia oferece vantagens adicionais; aqui, grãos de zircônia em uma matriz de alumina passam por uma fase metaestável onde seus grãos sofrem transformação de estruturas tetragonais para monoclínicas, diminuindo assim a fissuração induzida por tensão, aumentando a resistência contra abrasão e impacto. A zircônia endurecida com alumina normalmente ocorre através de reação pirofórica envolvendo zircônio(4) óxido octahidratado, Nitrato de Alumínio Nanohidratado Trietilamina e HNO3(Ácido nítrico); aumentar o tamanho das partículas ajuda ainda mais na dispersão de grãos de zircônia metaestáveis.