alumina întărită cu zirconiu și-a dovedit proprietățile mecanice superioare în comparație cu zirconia monolitică, inclusiv duritatea la rupere și rezistența la încovoiere. Stabilitatea ZTA provine din faza sa de matrice care protejează și restricționează transformarea boabelor de zirconiu tetragonal, ajutându-l să reziste degradării în condiții hidrotermale in vivo.
Rezistența la încovoiere
Prin adăugarea de zirconiu la ceramica de alumină, Este creată alumină întărită cu zirconiu. Acest material are o rezistență superioară la încovoiere și durabilitate mecanică în situații care o solicită, și, de asemenea, rezistă la coroziunea chimică, precum și la expunerea la fluidele corporale.
Alumina întărită cu zirconiu poate rezista la fluctuațiile rapide de temperatură datorită particulelor sale de zirconiu dispersate într-o matrice de alumină care absorb energia termică și creează tensiuni de compresiune pentru a preveni fisurarea, făcându-l potrivit pentru utilizare în diverse aplicații industriale, cum ar fi componentele cuptorului și motoarele cu turbine cu abur.
Această ceramică compozită combină calitățile impresionante atât ale aluminei, cât și ale zirconiei pentru a oferi o rezistență suplimentară și rezistență la șocuri termice., cu duritate superioară, rezistenta la incovoiere, tenacitate la rupere și rezistență la uzură care depășesc 99% alumină pură din punct de vedere al durității, tenacitate și rezistență la uzură.
Duritatea la fractură
Zirconia îmbunătățește rezistența la rupere a ceramicii de alumină prin întărirea prin transformare. Când lovit, zirconia metastabilă stabilizată cu ytriu se transformă în structuri cristaline monoclinice care produc efort de compresiune care previne propagarea fisurilor.
Alumina călită cu zirconiu este un material ideal pentru crearea sculelor de tăiere datorită durității sale, stabilitate termică și rezistență la frecare. În plus, proprietățile sale mecanice superioare contribuie în mod semnificativ la durabilitatea și fiabilitatea acestuia.
ZTA produs prin gelcasting are o combinație excepțională de rezistență la încovoiere, tenacitatea la fractură, biocompatibilitate și rezistență la căldură/coroziune care îl fac potrivit pentru chirurgia de înlocuire a șoldului. Prin procesele de turnare cu gel, este posibil să-și adapteze parametrii duritate-rezistență la fractură-rezistență la încovoiere prin modificarea nivelurilor de încărcare a nămolului solid, grosimea matriței sau parametrii temperaturii de sinterizare pentru a maximiza rezultatele.
Curbele stres-deformare
Materialul de alumină întărit cu zirconiu se mândrește cu o rezistență superioară și rezistență la uzură, precum si o rigiditate exceptionala pentru suportarea sarcinilor grele fara a se deforma sub presiune. În plus, se mândrește cu o rezistență excelentă la șocuri termice, permițându-i să tolereze fluctuațiile bruște de temperatură fără a suferi degradare.
Conținutul de zirconiu peste o anumită limită crește degradarea îmbătrânirii prin microfisuri create în timpul răcirii după sinterizare, care acționează ca căi preferențiale pentru pătrunderea apei în materialul ceramic, ducând la formarea de microfisuri în timpul răcirii, care acționează ca căi preferențiale pentru intrarea și răspândirea acesteia în el. Invers, când sunt sub acest prag, particulele de zirconiu suferă o transformare indusă de stres din fază tetragonală în fază monoclinică, ceea ce reduce degradarea îmbătrânirii.
Rezistență la tracțiune
Alumina întărită cu zirconiu este un material dur și durabil, cu proprietăți excelente de rezistență la uzură și stabilitate termică, făcându-l potrivit pentru componentele care necesită răcire. În plus, suprafețele stabile termic ca aceasta oferă control termic, precum și rezistență la frecare, făcându-le alegerea ideală a materialului.
Sub stres, ZTA suferă o transformare de fază de la tetragonal la monoclinic care previne propagarea fisurilor și crește duritatea la fractură, dar unele studii indică faptul că creșterea zirconiei nestabilizate duce la o rezistență redusă la tracțiune.
Ceramica ZTA conține de obicei 10%-20% zirconiu, ceea ce îi permite să fie adaptat în mod specific pentru fiecare aplicație. ZTA este biocompatibil, rezistent la temperatură, rezistent la coroziune, suficient de dur pentru a rezista la presiune, alternativă rentabilă la ceramica cu zirconiu pur și poate rezista la temperaturi ridicate fără degradare. Producătorii de etanșări de supapă o aleg în mod obișnuit datorită capacităților sale de rezistență la coroziune și de menținere a presiunii – toate calitățile ideale pentru aplicațiile de etanșare a supapelor.
Rezistența la impact
Alumina călită cu zirconiu este foarte rezistentă la coroziune și are o rezistență mecanică excepțională, făcându-le potrivite pentru aplicații care necesită simultan duritate și tenacitate. În plus, ZTA oferă economii de costuri față de ceramica din zirconiu pur.
Combinarea aluminei și zirconiei creează o ceramică cu rezistență la încovoiere mai mare, tenacitatea la fractură, și rezistență la uzură decât alumina pură. Poate rezista la sarcini și impacturi mai mari și este adesea folosit ca un upgrade față de alumina standard în modele care necesită caracteristici suplimentare.
Întărirea prin transformare explică această rezistență crescută; în condiții de stres, Particulele de zirconiu se schimbă de la forma lor tetragonală la forma monoclinică și se extind, comprimând fisurile într-o matrice de alumină și conducând astfel la o rezistență la încovoiere mai mare decât YSZ (Figurile 6c și d).
Rezistenta la coroziune
Combinația ceramicii ZTA de alumină și zirconiu oferă o rezistență superioară la coroziune în comparație cu cea pură 99% numai materiale de alumină, si are o duritate superioara, tenacitatea la fractură, rezistenta la incovoiere, și proprietăți de duritate decât concurenții săi.
ZTA are o rezistență remarcabilă la uzură și abraziune și compatibilitate chimică, făcându-l ideal pentru aplicații industriale care necesită durabilitate mecanică ridicată. În plus, combinația de materiale se mândrește cu o rezistență excelentă la șocuri termice, permițând schimbări rapide de temperatură fără crăpare sau rupere.
Particulele de zirconiu adăugate la o matrice de alumină măresc duritatea la fractură prin întărirea prin transformare, un efect cauzat de stresarea particulelor de zirconiu care se schimbă de la structuri cristaline tetragonale la monoclinice atunci când sunt expuse la stres de compresie, producând tensiuni de compresiune care inhibă propagarea fisurilor și cresc semnificativ rezistența la rupere a acesteia.
Rezistenta la socuri termice
Alumina întărită cu zirconiu este o ceramică avansată care combină alumina și zirconia. Pentru a crea ZTA, zirconia este introdusă în matricea principală de alumină înainte de sinterizare pentru un plus de rezistență și rezistență la șoc termic față de ceramica tradițională de alumină; in plus se lauda cu o duritate mai mare, rezistenta la incovoiere, și densitate decât omologul său.
Mecanismul de întărire ZTA implică transformarea de fază indusă de stres de la structuri cristaline de particule de zirconiu tetragonale la monoclinice, crescând duritatea la fractură, protejându-l în același timp de șoc termic și abraziune mecanică. Alumina întărită cu zirconiu este foarte biocompatibilă și nu se corodează rapid, făcându-l ideal pentru etanșările supapelor. În plus, rezistența sa mare la încovoiere îi permite să reziste la presiunea corpului în mod eficient.