Duritate avansată pentru aplicații industriale
Alumină întărită cu zirconiu (ZTA) componentele ceramice combină duritatea și rezistența aluminei cu rezistența superioară la rupere a zirconiei pentru a oferi performanță și longevitate pentru aplicații industriale.
Transformarea indusă de stres a particulelor fine de zirconiu tetragonal încorporate într-o matrice de alumină duce la materiale ZTA cu rezistență și tenacitate superioare, potrivit pentru utilizare în diverse medii dure.
Duritate
Materialele ZTA combină duritatea aluminei cu duritatea zirconiei pentru o rezistență de neegalat la uzură și abraziune. Acest efect este posibil prin întărirea prin transformare indusă de stres: când este stresat, Particulele de zirconiu trec de la faza lor tetragonală metastabilă la forma monoclinică stabilă; expansiunea volumului cauzată de această schimbare structurală ajută la închiderea oricăror fisuri în cadrul unei matrice de alumină și la creșterea tenacității în mod semnificativ.
ZTA conține trombocite de zirconiu care se nucleează într-o matrice de alumină în timpul sinterizării, îmbunătățirea tenacității și rezistenței la fractură în timp ce crește duritatea la fractură, creând un material cu rezistență la încovoiere mai mare decât Y-TZP și până la dublul rezistenței sale la oboseală ciclică. Această combinație de duritate din alumină combinată cu rezistența zirconiei face din ZTA o alegere excelentă de material pentru aplicații industriale care necesită rezistență la deteriorare..
Durabilitate
Alumină întărită cu zirconiu (ZTA) se mândrește cu rezistențe remarcabile la încovoiere și compresiune, cu dilatare termică scăzută echivalentă cu cea a aluminei și proprietăți remarcabile de rezistență la uzură.
Alumina întărită cu zirconiu este creată prin adăugarea de granule de zirconiu tetragonale prin transformarea indusă de stres la o matrice de alumină tare, încadrându-le în structura sa, limitând în același timp transformarea lor la zonele locale, în loc să se răspândească peste tot.
Acest mecanism face compozitele de alumină-zirconiu mult mai durabile decât zirconia monolitică datorită rezistenței lor la absorbția de apă prin chimisorbție.; zirconia monolitică poate absorbi molecule de apă polară, ceea ce duce la degradarea temperaturii scăzute și, în cele din urmă, la descompunerea după utilizare pe termen lung.
ZTA, pe de altă parte, este special conceput pentru a facilita această transformare tetragonală la monoclină prin caracteristici structurale și aditivi chimici. CeramTec comercializează Biolox Delta ZTA ca exemplu; această formulare conține aluminat de ytriu și stronțiu pentru a facilita mecanismele de întărire în faza sa de zirconiu și, în consecință, are un risc mai mic de degradare la temperaturi scăzute, rezistând în același timp la medii cu temperaturi ridicate..
Rezistenta la coroziune
Ceramica ZTA oferă o rezistență superioară la coroziune față de omologii lor din alumină și, prin urmare, poate fi utilizată în echipamente supuse unor medii dure.. În plus, ZTA poate rezista la temperaturi mai ridicate, oferind în același timp o stabilitate chimică mai mare.
Garvie et al (1975) a demonstrat că adăugând 10-20% zirconia nestabilizată poate spori mult duritatea în comparație cu alumina, prin transformare întărire. Acest proces are loc atunci când precipitatele metastabile tetragonale fin dispersate se transformă în zirconiu monoclinic sub stres, determinând expansiune de volum care comprimă fisurile și încetinește sau oprește propagarea acestora..
Acest mecanism seamănă cu cel al tensiunilor induse de deformare; cu toate acestea, pentru a provoca schimbări de fază câmpul de stres trebuie să fie suficient de mare; pentru fisurile din specimenele ZTA această energie provine din tensiunile de încovoiere la locurile de fractură.
Rezistență la căldură
Zirconia Toughened Alumina are un punct de topire excepțional de ridicat și rezistență la coroziune, făcându-l materialul ideal pentru echipamentele expuse frecvent la temperaturi ridicate. În plus, această variantă are o rezistență la frecare mai mare decât alumina standard, contribuind la reducerea uzurii echipamentelor expuse la niveluri mai ridicate de energie cinetică.
Ceramica ZTA este creată prin transformarea indusă de stres a particulelor tetragonale de zirconiu într-o matrice de alumină, creând în interiorul lor tensiuni de compresiune care împiedică propagarea fisurilor, crescând atât rezistența, cât și duritatea, oferind în același timp rezistență la șocuri termice fără fracturi sau fisuri. Se laudă cu o rezistență excelentă la șocuri termice; rezistând la schimbările rapide de temperatură fără fracturi sau fisuri sub stres.
Alumina întărită cu zirconiu are multe utilizări în mai multe industrii datorită setului său vast de proprietăți. Ingineria mecanică îl folosește pentru componentele pompei și etanșările; procesarea semiconductorilor îl utilizează datorită stabilității și rezistenței sale termice; aerospațială, industria auto și cea energetică îl folosesc ca piese de motor datorită rezistenței sale la coroziune și la substanțele chimice dure; poate rezista chiar și la rezistențe mari la încovoiere pentru implanturile dentare!