Duritate de neegalat cu alumină întărită cu zirconiu (ZTA) Ceramică
Alumină întărită cu zirconiu (ZTA) ceramica se laudă cu o duritate de neegalat. Se laudă cu rezistență superioară la uzură, inerție chimică și frecare scăzută pentru performanță fără efort în sarcinile de zi cu zi – ca să nu mai vorbim de duritate și rigiditate mai mare decât metalele.
ZTA implică aglomerate metastabile de policristal de zirconiu tetragonal într-o matrice de alumină care suferă o transformare de fază indusă de stres în formă monoclinică sub stres, dispersând astfel forța de forfecare și oprirea propagării fisurilor, cunoscută în mod obișnuit sub denumirea de întărire prin transformare.
Rezistent la coroziune
ZTA oferă rezistență chimică superioară în comparație cu alumina pură și poate rezista la temperaturi extreme fără degradare, făcându-l alegerea materială ideală pentru aplicații industriale în medii și condiții dure.
Duritatea ZTA este îmbunătățită de particulele de zirconiu care dispersează și absorb energie, ajutând la prevenirea fisurilor. Când este dopat cu oxid de ytriu, zirconia se schimbă de la faza tetragonală metastabilă la monoclinic în timpul stresului pentru a crea solicitări de compresiune care cresc rezistența la fractură.
Ceramica pe bază de zirconiu, cum ar fi ZTA, conține particule de alumină pentru a rezista șocului termic. Acest lucru îi permite să reziste la schimbările rapide de temperatură fără fisuri sau defecțiuni în aplicații de înaltă performanță, cum ar fi șlefuirea și tăierea; expansiunea sa redusă liniară și de torsiune oferă capabilități remarcabile de încărcare și capacități de performanță. ZTA se lauda 2-3 rezistență la tracțiune de ori mai mare în comparație cu alumina pură, având în același timp coeficienți de expansiune liniar/torsional scăzuti pentru capacități de încărcare și capacități de performanță excepționale.
Rigiditate ridicată
ZTA combină rezistența și durabilitatea aluminei cu întărirea cu zirconiu pentru un material excepțional pentru aplicații solicitante. Această combinație oferă o rezistență de neegalat, tenacitatea la fractură, proprietăți de elasticitate și duritate într-un singur pachet.
Claussen a descoperit în 1976 că adăugarea de zirconiu nestabilizat la alumină crește semnificativ rezistența la rupere, datorită transformării tetragonal-monoclinice a precipitatelor tetragonale fine dispersate dispersate în matricea sa. Astfel de precipitate metastabile sunt împiedicate să se schimbe până când sunt eliberate de un front de fisură care se apropie sau de altă sursă de ameliorare a constrângerii lor., cum ar fi prin topire.
Zirconiu presat la cald 10mol% stabilizat cu ytria (10YSZ), întărit fie cu particule, fie cu trombocite care conțin din 0 până la 30% în greutate conținut de alumină au fost supuse unei rezistențe riguroase, teste de rezistență la rupere și de creștere lentă a fisurilor la 1000C în aer. Rezultatele au demonstrat că rezistența maximă la încovoiere și duritatea la rupere pentru compozitele trombocite au fost atinse cu acest conținut de compoziție..
Rezistență mare la tracțiune
Ceramica cu zirconiu oferă o combinație extraordinară de rezistență, rezistenta, și versatilitate care depășește cu mult ceramica tehnică tradițională. Formulările de zirconiu precum ZTA oferă soluții pentru cele mai dificile aplicații de astăzi, de la componente aerospațiale care suportă medii dure până la implanturi biomedicale de ultimă generație concepute pentru longevitate – oferind soluții fiabile pentru cele mai presante nevoi de astăzi.
ZTA se remarcă printre alte materiale datorită rezistenței sale superioare la încovoiere, tenacitatea la rupere și rezistența la propagarea fisurilor datorită fazei tetragonale metastabile. Această transformare în zirconiu monoclinic la temperatură scăzută comprimă zona dinaintea unui front de fisură pentru a opri creșterea ulterioară.
Zirconiu parțial stabilizat de Yttria (Y-TZP) și zirconiu parțial stabilizat cu ceriu (Ce-TZP) prezintă caracteristici excepționale de duritate similare cu ZTA datorită reținerii fazei tetragonale prin menținerea ytriului sau ceriului la temperaturi mai scăzute, permițând transformarea la un interval de temperatură mai ușor de gestionat și arătând mai puține daune ale suprafeței în timpul testelor de încărcare ciclică decât omologii din alumină.
Frecare scăzută
Zirconia este una dintre cele mai dure ceramice de inginerie disponibile, iar proprietățile sale de frecare scăzută ajută la creșterea rezistenței la uzură, reducând în același timp cerințele de lubrifiere..
Ceramica ZTA conține alumină pentru o duritate maximă. Acest lucru permite ca particulele de zirconiu tetragonală metastabile stabilizate cu ytriu dintr-o matrice de alumină să rămână nealterate, rămânând cristalizat în virtutea unei reţele împletite de boabe.
Compoziția controlată și condițiile de procesare asigură că transformarea spontană tetragonală la monoclină nu are loc la răcirea de la temperatura de sinterizare, contribuind la capacitatea de loviri multiple în testarea tenacității la fractură. În plus, omogenitatea ridicată a compozitelor de alumină-zirconiu cu granule mici are ca rezultat o energie de fisurare mai mică care, la rândul său, se traduce prin lungimi de fisuri mai scurte în timpul testelor de indentare a diamantelor.
Expansiune termică ridicată
Forța de legare a matricei de alumină îi permite să împiedice particulele de zirconiu tetragonal să treacă în zirconiu monoclinic la răcire, făcând astfel 10 mol % Compozite de zirconiu-alumină stabilizate cu ytriu stabile și fără fisuri.
Adăugarea de ceriu la zirconiu îi permite să fie parțial stabilizat (Ce-TZP). Ce-TZP își păstrează faza tetragonală la temperatura camerei și crește semnificativ duritatea, tenacitatea la fractură și rezistența la încovoiere în comparație cu materialele ceramice dentare tradiționale.
Compozite de alumină întărită cu zirconiu care încorporează Ce-TZP, zirconiu stabilizat cu ytriu (Y-TZP), sau zirconiu stabilizat cu magnezie (Mg-PSZ) prezintă o duritate excepțională care o depășește atât pe cea a aluminei, cât și a zirconiei monolitice, făcând din ZTA candidatul perfect pentru aplicații solicitante precum implanturile medicale, componente aerospațiale și mașini industriale. ZTA se laudă, de asemenea, cu multe proprietăți de rezistență chimică care îl protejează împotriva acizilor, soluții sărate, săruri topite alcaline precum și temperaturi ridicate.