Alumină întărită cu zirconiu

Alumină întărită cu zirconiu (ZTA) este un material ceramic avansat utilizat pe scară largă în etanșările supapelor, bucșe, componentele pompei și sculele de tăiere datorită rezistenței și stabilității sale chimice – după cum o demonstrează capacitatea sa de a rezista la sarcini grele fără degradare semnificativă.

ZTA se mândrește cu o rezistență impresionantă la șocuri termice și poate rezista la schimbări bruște ale schimbărilor de temperatură, precum și schimbări rapide de temperatură. Citiți mai departe pentru a afla mai multe despre proprietățile sale mecanice!

Duritate

Zirconia adăugată la o matrice de alumină crește duritatea acesteia, tenacitatea la rupere și rezistența la încovoiere crescând în același timp rezistența la uzură și eroziune. Mecanismul implicat în mod obișnuit este transformarea de fază urmată de formarea de microfisuri, dar poate implica și teorii ale teoriei tensiunii, după caz.

Precipitatele metastabile de zirconiu tetragonal care formează o dispersie fină într-o matrice de alumină pot suferi o transformare spontană în forme monoclinice atunci când constrângerea lor este ridicată în timpul propagării fisurilor, furnizarea de energie împotriva câmpurilor de stres care conduc la propagarea fisurilor.

Ceramica ZTA are duritate și duritate la rupere superioare în comparație cu alte ceramice de inginerie pe bază de oxizi, precum și de două ori rezistența la oboseală ciclică a Y-TZP. Ca atare, proprietățile sale îl fac potrivit pentru aplicații care necesită rezistență extremă la uzură, inerție chimică și frecare scăzută, precum și rezistență și rigiditate ridicate.

Rezistența la încovoiere

Ceramica ZTA poate fi realizată prin modificarea raportului de zirconiu stabilizat cu ytriu (Y-TZP) într-o matrice de alumină folosind presare izostatică la cald, pentru a optimiza combinațiile duritate-rezistență la fractură-rezistență la încovoiere care au ca rezultat o rezistență ciclică de neegalat la oboseală, care depășește cele mai avansate ceramice tehnice.

Y-TZP metastabil într-o matrice de alumină are ca rezultat formarea de aglomerate de fază de transformare tetragonal-monoclinic care măresc duritatea la fractură prin rigidizarea transformării de fază (Clausen 1976). Preferenţial traversând fisuri, aceste aglomerate de tranziție vor comprima zona dinaintea frontului de fisurare și vor reduce progresia acesteia, în cele din urmă crescând duritatea la fractură.

Această structură a materialului a condus la crearea compozitelor de alumină-zirconiu precum BIOLOX Delta, utilizat pe scară largă pentru protezele totale de șold și alte componente ortopedice portante. Acest biomaterial ceramic are o rezistență remarcabilă la uzură, inerție chimică la temperatura camerei, rezistență la șocuri termice și inerție chimică excelentă la toate temperaturile.

Rezistenta la coroziune

Inert din punct de vedere chimic și rezistent la temperaturi ridicate și uzură, oferă performanțe superioare în comparație cu 99 ceramică de alumină și este, de asemenea, mai rentabilă.

Zirconia se mândrește, de asemenea, cu o rezistență impresionantă la tracțiune, proprietăți de încovoiere și elasticitate și biocompatibilitate – făcându-l ideal pentru utilizări medicale, cum ar fi înlocuirea șoldului. Datorită întăririi transformării în condiții de stres, Particulele de zirconiu se schimbă de la forma tetragonală metastabilă la forma monoclinică, ajutând la închiderea mai eficientă a fisurilor, crescând în același timp duritatea la fractură.

CeramTec (Biolox Delta) comercializează un compozit de alumină-zirconiu în care zirconia nestabilizată rămâne în fază tetragonală pentru a gestiona această transformare și pentru a asigura tocirea vârfului fisurii și abaterea fisurii, îmbunătățirea tenacității matricei de alumină. Conținutul de zirconiu al materialului poate fi modificat prin tehnici de preparare și densificare a pulberii.

Rezistenta la socuri termice

Zirconia adăugată la o matrice de alumină primară în timpul sinterizării îi poate îmbunătăți în mod semnificativ rezistența și tenacitatea, creând ceea ce este cunoscut sub numele de ZTA (Alumină întărită cu zirconiu), depășind ceramica obișnuită de alumină atât în ​​aplicații mecanice, cât și în aplicații de uzură.

Alumina întărită cu zirconiu este remarcată pentru proprietățile sale excepționale, cum ar fi duritatea ridicată la cald și rezistența la rapire, inerție chimică la temperatura camerei, rate scăzute de expansiune termică și rezistență excelentă la șocuri termice – proprietăți ideale pentru frezarea componentelor, precum și a pieselor de uzură care necesită mecanisme de răcire.

CeramTec comercializează un ZTA numit Biolox delta care prezintă o matrice de alumină cu particule Y-TZP dispersate (17 greutate/greutate%) și trombocite de aluminat de stronțiu (0.5 greutate/greutate%), oferind o combinație eficientă de mecanisme de transformare de fază tetragonală în monoclinic și mecanisme de deviere a fisurilor pentru a oferi o duritate îmbunătățită, ceea ce face ca acest lucru să fie ideal pentru procedurile primare de THA pe suprafețele de lagăr femural.

Izolație electrică

Alumina întărită cu zirconiu poate rezista la șoc termic fără a se sparge sau rupe la schimbări bruște de temperatură, datorită particulelor de alumină dispersate dispersate în matricea sa care absorb energia termică și generează tensiuni de compresiune care previn fracturile.

Ceramica din alumină-zirconiu este mai densă decât omologul său din zirconiu pur, făcându-l ideal pentru aplicații de izolare electrică. În plus, expansiunea sa termică mai mică decât zirconia îl face potrivit pentru piesele care necesită răcire.

Întărirea prin transformare a compozitelor de alumină-zirconiu oferă avantaje suplimentare; Aici, Granulele de zirconiu dintr-o matrice de alumină trec printr-o fază metastabilă în care boabele lor suferă transformarea din structuri tetragonale în structuri monoclinice, scăzând astfel fisurarea indusă de stres prin creșterea rezistenței la abraziune și impact. Zirconia întărită cu alumină apare de obicei prin reacția piroforică care implică zirconiu(IV) oxid octahidrat, Nitrat de aluminiu Nanohidrat Trietilamină și HNO3(Acid azotic); mărirea dimensiunilor particulelor ajută în continuare la dispersia boabelor metastabile de zirconiu.