Alumină întărită cu zirconiu pentru aplicații avansate

ZTA este un material compozit alumină-zirconiu, remarcat prin rezistență și duritate superioare. Produs prin transformarea indusă de stres a particulelor fine de zirconiu tetragonal într-o matrice de alumină.

Ceramica cu zirconiu este materiale tehnice remarcabile, cu o duritate excelentă, stabilitate termică, rezistență la uzură și medii de operare în care multe alte ceramice nu pot funcționa. Metalele și materialele plastice pur și simplu nu se pot compara. În plus, Ceramica cu zirconiu prezintă, de asemenea, o duritate remarcabilă pentru fabricarea uneltelor.

Rezistenţă

ZTA se remarcă printre materialele ceramice prin rezistența și duritatea excepționale, rezistenta la uzura, inerție chimică, coeficient de frecare scăzut, raport mare duritate/rigiditate și coeficient de dilatare termică relativ scăzut în comparație cu majoritatea celorlalți – făcându-l un material ideal pentru aplicații precum sculele de tăiere. În plus, biocompatibilitatea sa face, de asemenea, ZTA o alegere de material atractivă.

ZTA este definit prin distribuția sa extrem de uniformă a particulelor de zirconiu tetragonal într-o matrice de alumină. Acest lucru se realizează folosind tehnici sofisticate de amestecare, cum ar fi măcinarea cu bile și măcinarea prin uzură cu energie înaltă; odată amestecate împreună, pulberile pot fi apoi formate în componenta dorită prin presare uscată, presare izostatică, tehnici de turnare prin injecție sau extrudare.

Zirconia dispersată într-o matrice de alumină îmbunătățește duritatea la fractură prin absorbția și disiparea energiei fisurii, cunoscută sub denumirea de întărire prin transformare. Zirconia contribuie, de asemenea, la rezistența la uzură prin producerea unor tensiuni de compresiune care împiedică propagarea fisurilor – cunoscut sub numele de autoascutire – făcând din ZTA o alegere excelentă de material pentru roți de șlefuit.

Duritate

Alumină întărită cu zirconiu (ZTA) ceramica se laudă cu o rezistență impresionantă și rezistență la rupere, făcându-le perfecte pentru utilizare într-o gamă largă de aplicații și medii. Această rezistență remarcabilă provine din transformarea de fază indusă de stres a finelor, particule de zirconiu tetragonal dispersate uniform, dispersate într-o matrice de alumină; stresul induce transformarea de fază pentru a produce rețele de microfisuri de zirconiu-alumină care absorb energia de propagare a fisurilor, întârziind în mod eficient răspândirea acestora, crescând în același timp rezistența la rupere (Clausen 1976).

ZTA se remarcă prin rezistența remarcabilă la șocuri termice. Datorită combinației sale unice de compoziție de fază tetragonal-monoclinic, această ceramică poate rezista la schimbări rapide de temperatură fără crăpare sau rupere, în timp ce transformarea zirconiei indusă de stres în forma sa tetragonală metastabilă generează tensiuni de compresiune care contracarează formarea de fisuri în matricea sa de alumină și măresc semnificativ tenacitatea, crescând astfel și mai mult performanța ZTA..

ZTA se laudă nu numai cu puterea sa, structură tetragonal-monoclinică și duritate mare la rupere, dar şi un coeficient scăzut de dilatare termică (CTE), făcându-l potrivit pentru aplicații care necesită temperaturi extreme sau medii în care stabilitatea dimensională este crucială, precum componente de precizie sau pachete electronice.

ZTA se remarcă printre materialele pentru implanturi medicale datorită combinației sale de rezistență chimică, proprietăți mecanice și rezistență la coroziune asistată de stres în apă sau fluide corporale, făcându-l un candidat principal pentru implanturi medicale, cum ar fi capete femurale ortopedice și căptușeli acetabulare. Biomaterialul BioLOX Delta este un astfel de exemplu; utilizat pe scară largă în timpul operațiilor ortopedice pentru ambele aplicații.

Rezistenta la coroziune

ZTA se mândrește cu proprietăți superioare atât ale aluminei, cât și ale zirconiei, făcându-l foarte rezistent atât la atacul chimic, cât și la uzură, făcându-l perfect pentru aplicații care implică medii predispuse la coroziune sau frecare repetitivă sau solicitări mecanice.

Combinarea durității aluminei cu duritatea zirconiei are ca rezultat proprietăți tribologice excelente care asigură o rezistență excelentă la uzură a componentelor cu sarcini mari și utilizare pe termen lung., precum implanturile ortopedice, scule de tăiere și componente rezistente la uzură utilizate în gestionarea fluidelor (ghidajele de fir, rulmenti, duze etc). Această combinație este aplicabilă în special în medii medicale și industriale, cum ar fi implanturile ortopedice, scule de tăiere sau managementul fluidelor (ghidaje de filet rulmenți duze etc).

Duritatea sporită la rupere a ZTA poate fi atribuită particulelor sale de zirconiu fin distribuite în matricea sa de alumină. Când fisurile încep să se propage, când energia lor crește și se propagă mai departe, aceste boabe tetragonale de zirconiu suferă o transformare de fază pentru a o absorbi și a-l disipa ca parte a unui mecanism de întărire a transformării – prin urmare, îmbunătățirea tenacității la rupere a acestui material.

Succesul în fabricarea ceramicii ZTA constă în utilizarea pulberilor de zirconiu și alumină de calitate premium, fără impurități. Sinterizarea trebuie controlată pentru a evita transformarea spontană de zirconiu tetragonal în monoclinic în timpul răcirii și pentru a minimiza formarea de fază monoclină metastabilă care este susceptibilă la chimisorbție cu moleculele de apă care duce la degradarea temperaturii scăzute pe termen lung.; Procesul de sinterizare al ceramicii ZTA de la Saint-Gobain ZirPro a fost creat special pentru a evita astfel de fenomene nedorite. Din fericire, ceramica ZTA de la Saint-Gobain ZirPro este concepută special pentru a preveni astfel de fenomene. –

Stabilitate termică

Alumină întărită cu zirconiu (ZTA) poate rezista la schimbări rapide de temperatură fără crăpare sau rupere, datorită particulelor de zirconiu dispersate într-o matrice de alumină care absorb energia termică și creează tensiuni de compresiune care previn fisurarea și defecțiunea. Pentru că ZTA absoarbe energia termică atât de eficient, acest material este o alegere excelentă pentru aplicațiile care necesită rezistență la temperaturi ridicate.

Adăugarea de zirconiu la o matrice de alumină poate crește duritatea la fractură, îmbunătățind simultan proprietățile mecanice precum rezistența și rezistența la uzură. Duritatea crescută la fractură în ZTA este atribuită transformării induse de stres de la faza tetragonală metastabilă la faza monoclinică la temperatura ambiantă.; un efect amplificat de granule de zirconiu mai mici decât cele din alumină.

Stabilizatorii sunt folosiți frecvent pentru a păstra faza de zirconiu tetragonal în materiale ZTA, cum ar fi Biolox Delta; cu toate acestea, rezultate similare pot fi obținute fără stabilizatori în ceea ce privește distribuția particulelor și duritatea la rupere.

O combinație de alumină și zirconiu creează o ceramică avansată care excelează la rezistență, tenacitatea la fractură, elasticitate și duritate – caracteristici esențiale pentru aplicațiile care necesită performanță structurală și rezistență la coroziune. Ceramica ZTA tind să depășească performanța 99% Ceramica de alumină fiind eficientă din punct de vedere al costurilor, în timp ce satisface nevoile specifice de aplicare mai eficient; raportul lor poate fi chiar adaptat în mod specific.