Alumină întărită cu zirconiu – Putere sporită pentru excelență industrială
Alumină întărită cu zirconiu (ZTA) este o ceramică excepțională, se distinge prin duritate ridicată și rezistență la rupere datorită particulelor de zirconiu stabilizat cu ytriu dispersate printr-o matrice de alumină.
Acest material poate rezista la schimbările rapide de temperatură fără crăpare sau rupere, rezistă la coroziune chimică și oferă o rezistență excelentă la șocuri termice.
Rezistență excelentă la coroziune
Ceramica ZTA oferă un echilibru ideal între rezistență și valoare, fiind mai puternică decât produsele din alumină, dar mai puțin costisitoare decât zirconia pură. Proprietățile lor mecanice – tenacitatea la fractură, rezistența la încovoiere și duritate precum și rezistența la șocuri termice – faceți-le potrivite pentru fabricarea de unelte industriale, cum ar fi roțile de tăiere.
ZTA își atinge proprietățile superioare datorită adaosului de zirconiu stabilizat cu ytriu (YSZ) particule dintr-o matrice de alumină. Când este dispersat uniform pe tot cuprinsul, YSZ ajută la optimizarea durității-fracturii și rezistenței la tracțiune a ambelor elemente, rezultând o rezistență excepțională la uzură, inerție chimică la temperatura camerei și proprietăți de duritate la cald/rezistență la rapire pentru un material ceramic excepțional.
produse ZTA’ proprietățile mecanice depind în mare măsură de căile lor de prelucrare pentru producerea pulberilor, inclusiv tratamente termice, metode de calcinare, tehnici de uscare și procese de sinterizare, precum și modelare personalizată cu aditivi adăugați în timpul producției. Toți acești factori au un efect imediat asupra puterii lor, proprietăți de elasticitate și duritate.
Rezistență excelentă la șocuri termice
Ceramica ZTA oferă o rezistență excelentă la șocuri termice, făcându-le o alegere excelentă pentru aplicații aerospațiale care necesită niveluri ridicate de rezistență, duritate, și inerție chimică. Când este dispersat uniform într-o matrice de alumină, YSZ poate fi optimizat. O astfel de ceramică de zirconiu-alumină întărită prin transformare pe care o oferim este BIOLOX delta, care poate fi găsită folosită pentru componentele portante ortopedice, cum ar fi înlocuirea șoldului..
Transformarea indusă de stres de la structura tetragonală metastabilă la structura monoclinică a YSZ produce expansiune în volum și forfecare care contracarează propagarea fisurilor, creșterea tenacității la fractură și, în același timp, îmbunătățirea rezistenței la încovoiere. Performanța unei astfel de ceramice întărite prin transformare cu alumină-YSZ depinde de condițiile de procesare, precum și de stoichiometria sa a oxizilor constituenți în procesul de sinterizare..
Condițiile de sinterizare prost controlate pot avea ca rezultat o rezistență scăzută la încovoiere și o omogenitate slabă a unei matrice de alumină-YSZ, posibil datorită captării aerului sau aglomerării particulelor. Prin adăugarea de aditivi precum ytria sau oxizii de magneziu, se poate reduce temperatura de transformare tetragonală la monoclinică și poate îmbunătăți proprietățile de sinterizare ale zirconiei.
Rezistență excelentă la uzură
ZTA nu excelează doar în ceea ce privește rezistența la șocuri termice și rezistența la coroziune, dar este, de asemenea, foarte rezistent la uzură datorită mecanismului său de transformare de fază tetragonal-monclinică. În plus, studiile in vitro au arătat că componentele ZTA sunt mai puțin predispuse la degradarea hidrotermală – ceva de importanță majoră în protecția șoldului cap femural și ceramică cupa (precum BIOLOX delta produs de CeramTec).
Testele de uzură simulate efectuate pe componentele ZTA din materiale compozite alumină-zirconiu au produs rezultate impresionante în ceea ce privește rezistența la uzură, rezistență la încovoiere și duritate. Probele ZTA expuse la mai multe cicluri în simulatorul de șold au prezentat o degradare minimă, cu o rugozitate a suprafeței semnificativ mai mică decât componentele din zirconiu monolitic.
Componentele ZTA s-au dovedit potrivite pentru aplicații solicitante în producția de automobile (scule de formare la cald și la rece, role de închidere a conservelor și cabestane); industria energetică (rulmenti, inserții cu orificii și găsitori de vortex); prelucrarea alimentelor (omogenizarea pieselor pompei); și industria energetică. Proprietățile lor mecanice depind de multe variabile: căi de preparare utilizate pentru prepararea pulberilor; metode de uscare utilizate în timpul calcinării; tehnici de modelare adoptate în timpul tehnicilor de sinterizare; modelare pe măsură; aditivi adăugați și distribuția dimensiunii particulelor, printre altele.
Forță excelentă
Ceramica ZTA utilizează transformarea indusă de stres pentru a integra zirconia într-o matrice de alumină, creșterea rezistenței și durabilității în timp. Acest lucru face din ZTA o soluție ceramică excelentă pentru aplicații industriale care necesită duritate, rezistență ridicată la coroziune, toleranță la șoc termic și toleranță la șoc termic.
Sub tensiune, Precipitatele metastabile tetragonale din alumina cubică suferă o transformare bruscă în particule monoclinice care îi măresc duritatea la rupere prin crearea unor straturi de suprafață compresive care aderă la fisurile din matricea sa..
Întărirea prin transformare este un fenomen cunoscut sub numele de întărire prin fractură, în care rezistența crescută la rupere a aluminei are ca rezultat o lungime mai scurtă a fisurii, mai puțin tocirea fisurilor, și interacțiuni îmbunătățite cu microfisuri preexistente. Acest lucru permite combinații de rulmenți dur-pe-dur și tare-pe-moale care sunt utilizate în ceramica modernă de calitate medicală, cum ar fi înlocuirea șoldului. În plus, Implanturile de zirconiu stabilizat cu ytriu cunoscute sub numele de y-TZP oferă protecție împotriva uzurii în timp.