oxid hlinitý tvrdený zirkónom preukázal svoje vynikajúce mechanické vlastnosti v porovnaní s monolitickým zirkónom, vrátane lomovej húževnatosti a pevnosti v ohybe. Stabilita ZTA pramení z jej matricovej fázy, ktorá chráni a obmedzuje transformáciu tetragonálnych zŕn oxidu zirkoničitého, pomáha odolávať degradácii v hydrotermálnych podmienkach in vivo.
Pevnosť v ohybe
Pridaním oxidu zirkoničitého do aluminovej keramiky, vzniká oxid hlinitý tvrdený zirkónom. Tento materiál sa vyznačuje vynikajúcou pevnosťou v ohybe a mechanickou odolnosťou v situáciách, ktoré si to vyžadujú, a tiež odoláva chemickej korózii, ako aj vystaveniu telesným tekutinám.
oxid hlinitý spevnený zirkónom môže odolať rýchlym výkyvom teploty vďaka časticiam zirkónia rozptýleným v matrici oxidu hlinitého, ktoré absorbujú tepelnú energiu a vytvárajú tlakové napätie, aby sa zabránilo praskaniu, vďaka čomu je vhodný na použitie v rôznych priemyselných aplikáciách, ako sú komponenty pecí a parné turbínové motory.
Táto kompozitná keramika kombinuje pôsobivé vlastnosti oxidu hlinitého a zirkónu, aby poskytovala extra pevnosť a odolnosť voči tepelným šokom, s vyššou tvrdosťou, pevnosť v ohybe, lomová húževnatosť a odolnosť proti opotrebeniu, ktoré prevyšujú 99% čistý oxid hlinitý z hľadiska tvrdosti, húževnatosť a odolnosť proti opotrebovaniu.
Lomová húževnatosť
Zirkónia zvyšuje lomovú húževnatosť aluminovej keramiky prostredníctvom transformačného tvrdenia. Pri zásahu, metastabilný oxid zirkoničitý stabilizovaný ytriom sa transformuje na monoklinické kryštálové štruktúry, ktoré vytvárajú tlakové napätie, ktoré zabraňuje šíreniu trhlín.
Zirkónom tvrdený oxid hlinitý je vďaka svojej tvrdosti ideálnym materiálom na výrobu rezných nástrojov, tepelná stabilita a odolnosť proti treniu. Ďalej, jeho vynikajúce mechanické vlastnosti výrazne prispievajú k jeho odolnosti a spoľahlivosti.
ZTA vyrobený pomocou gélového odlievania má výnimočnú kombináciu pevnosti v ohybe, lomová húževnatosť, biokompatibilita a tepelná/korózna odolnosť, vďaka ktorým je vhodný na operáciu náhrady bedrového kĺbu. Prostredníctvom procesov gélového odlievania je tiež možné prispôsobiť parametre tvrdosti, lomovej húževnatosti a pevnosti v ohybe zmenou úrovní zaťaženia v suspenzii., hrúbka formy alebo parametre teploty spekania na maximalizáciu výsledkov.
Krivky napätia a deformácie
materiál z oxidu hlinitého tvrdeného zirkónom sa môže pochváliť vynikajúcou pevnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu, ako aj výnimočnú tuhosť pre podporu ťažkých nákladov bez deformácie pod tlakom. Ďalej, môže sa pochváliť vynikajúcou odolnosťou proti tepelným šokom, ktorá mu umožňuje tolerovať náhle výkyvy teploty bez toho, aby utrpela degradáciu.
Obsah oxidu zirkoničitého nad určitý limit zvyšuje degradáciu starnutím prostredníctvom mikrotrhliniek vytvorených počas chladenia po spekaní, ktoré pôsobia ako preferenčné cesty pre prenikanie vody do keramického materiálu, čo vedie k vzniku mikrotrhlín počas chladenia, ktoré pôsobia ako preferenčné cesty pre jeho vstup a šírenie do neho. A naopak, keď sa pod touto hranicou častice zirkónia podrobia stresom indukovanej transformácii z tetragonálnej fázy na monoklinickú fázu, ktorá znižuje degradáciu starnutím.
Pevnosť v ťahu
Zirkóniou tvrdený oxid hlinitý je tvrdý a odolný materiál s vynikajúcou odolnosťou proti opotrebovaniu a tepelnou stabilitou, vďaka čomu je vhodný pre komponenty vyžadujúce chladenie. Okrem toho, tepelne stabilné povrchy, ako je tento, poskytujú tepelnú kontrolu, ako aj odpor trenia, čo z nich robí ideálnu voľbu materiálu.
Pod stresom, ZTA prechádza fázovou transformáciou z tetragonálnej na monoklinickú, ktorá zabraňuje šíreniu trhlín a zvyšuje lomovú húževnatosť, ale niektoré štúdie naznačujú, že zvýšenie nestabilizovaného oxidu zirkoničitého vedie k zníženiu pevnosti v ťahu.
Keramika ZTA zvyčajne obsahuje 10%-20% oxid zirkoničitý, čo umožňuje jeho prispôsobenie špecificky pre každú aplikáciu. ZTA je biokompatibilný, teplotne odolný, odolný proti korózii, dostatočne pevný, aby odolal tlaku, cenovo výhodná alternatíva k keramike z čistého zirkónu a odoláva vysokým teplotám bez degradácie. Výrobcovia tesnení ventilov si ho bežne vyberajú kvôli jeho odolnosti voči korózii a schopnosti udržať tlak – všetky kvality ideálne pre aplikácie tesnení ventilov.
Nárazová sila
oxid hlinitý tvrdený zirkónom je vysoko odolný voči korózii a má výnimočnú mechanickú pevnosť, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie vyžadujúce súčasne tvrdosť a húževnatosť. Ďalej, ZTA ponúka úsporu nákladov oproti keramike z čistého zirkónu.
Kombináciou oxidu hlinitého a zirkónu vzniká keramika s vyššou pevnosťou v ohybe, lomová húževnatosť, a odolnosť proti opotrebeniu ako čistý oxid hlinitý. Vydrží vyššie zaťaženie a nárazy a často sa používa ako vylepšenie oproti štandardnému oxidu hlinitému v dizajnoch vyžadujúcich ďalšie funkcie.
Transformačné spevnenie zodpovedá za túto zvýšenú pevnosť; v stresových podmienkach, častice oxidu zirkoničitého sa menia zo svojho tetragonálneho na monoklinický tvar a expandujú, stláčanie trhlín v matrici oxidu hlinitého, čo vedie k vyššej pevnosti v ohybe ako YSZ (Obrázky 6c a d).
Odolnosť proti korózii
Kombinácia oxidu hlinitého a zirkónu v keramike ZTA poskytuje vynikajúcu odolnosť proti korózii v porovnaní s čistým 99% samotné materiály z oxidu hlinitého, a má vynikajúcu tvrdosť, lomová húževnatosť, pevnosť v ohybe, a vlastnosti tvrdosti ako jeho konkurenti.
ZTA sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou proti opotrebovaniu a oderu a chemickou kompatibilitou, vďaka tomu je ideálny pre priemyselné aplikácie vyžadujúce vysokú mechanickú odolnosť. Ďalej, kombinácia materiálov sa môže pochváliť vynikajúcou odolnosťou proti tepelným šokom umožňujúcim rýchle zmeny teploty bez praskania alebo lámania.
Častice oxidu zirkoničitého pridané do matrice oxidu hlinitého zvyšujú jej lomovú húževnatosť prostredníctvom transformačného spevnenia, účinok spôsobený namáhaním častíc oxidu zirkoničitého, ktoré sa menia z tetragonálnych na monoklinické kryštálové štruktúry, keď sú vystavené tlaku v tlaku, vytvárajúce tlakové napätia, ktoré bránia šíreniu trhliny a výrazne zvyšujú jej lomovú húževnatosť.
Odolnosť voči tepelným šokom
oxid hlinitý tvrdený zirkónom je pokročilá keramika, ktorá kombinuje oxid hlinitý a oxid zirkoničitý. Na vytvorenie ZTA, oxid zirkoničitý sa zavádza do hlavnej matrice oxidu hlinitého pred spekaním, čím sa zvyšuje pevnosť a odolnosť voči tepelným šokom v porovnaní s tradičnou aluminovou keramikou; navyše sa môže pochváliť vyššou tvrdosťou, pevnosť v ohybe, a hustota ako jeho náprotivok.
Mechanizmus spevnenia ZTA zahŕňa fázovú transformáciu vyvolanú stresom z tetragonálnych na monoklinické kryštálové štruktúry častíc zirkónia, zvyšuje lomovú húževnatosť a zároveň ho chráni pred tepelným šokom a mechanickým oderom. oxid hlinitý tvrdený zirkónom je vysoko biokompatibilný a rýchlo nekoroduje, vďaka čomu je ideálny pre tesnenia ventilov. Ďalej, jeho vysoká pevnosť v ohybe mu umožňuje efektívne odolávať tlaku tela.