Zirkónom tvrdený oxid hlinitý pre pokročilé aplikácie

ZTA je kompozitný materiál alumina-zirkón, vyznačuje sa vynikajúcou pevnosťou a húževnatosťou. Vyrába sa prostredníctvom transformácie jemných tetragonálnych častíc oxidu zirkoničitého v matrici oxidu hlinitého vyvolaného stresom.

Zirkónová keramika je pozoruhodný technický materiál, sa môže pochváliť vynikajúcou tvrdosťou, tepelná stabilita, odolnosť proti opotrebovaniu a prevádzkové prostredie, kde mnohé iné keramiky nemôžu fungovať. Kovy a plasty sa jednoducho nedajú porovnávať. Ďalej, Zirkónová keramika tiež vykazuje vynikajúcu tvrdosť na výrobu nástrojov.

Pevnosť

ZTA vyniká medzi keramickými materiálmi výnimočnou pevnosťou a húževnatosťou, odolnosť proti opotrebovaniu, chemická inertnosť, nízky koeficient trenia, vysoký pomer tvrdosti/tuhosti a relatívne nízky koeficient tepelnej rozťažnosti v porovnaní s väčšinou ostatných – čo z neho robí ideálny materiál pre aplikácie, ako sú rezné nástroje. Ďalej, jeho biokompatibilita tiež robí zo ZTA atraktívnu voľbu materiálu.

ZTA is defined by its highly uniform distribution of tetragonal zirconia particles within an alumina matrix. This is accomplished using sophisticated mixing techniques such as ball milling and high-energy attrition milling; once blended together the powders can then be formed into their intended component using dry pressing, isostatic pressing, injection molding or extrusion techniques.

Zirconia dispersed throughout an alumina matrix improves fracture toughness by absorbing and dissipating crack energy, known as transformation toughening. Zirconia also contributes to wear resistance by producing compressive stresses which prevent crack propagation – known as self-sharpening – making ZTA an excellent material choice for grinding wheels.

Húževnatosť

Zirkónom tvrdený oxid hlinitý (ZTA) ceramics boast impressive strength and fracture toughness, making them perfect for use across a range of applications and environments. This remarkable resilience comes from stress-induced phase transformation of fine, uniformly dispersed tetragonal zirconia particles dispersed within an alumina matrix; stress induces phase transformation to produce microcrack networks of zirconia-alumina that absorb energy of crack propagation effectively delaying their spread while increasing fracture resistance (Clausen 1976).

ZTA stands out due to its outstanding thermal shock resistance. Thanks to its unique combination of tetragonal-monoclinic phase composition, this ceramic can withstand rapid changes in temperature without cracking or breaking, zatiaľ čo transformácia oxidu zirkoničitého na jeho metastabilnú tetragonálnu formu vyvolaná napätím generuje tlakové napätia, ktoré bránia tvorbe trhlín v matrici oxidu hlinitého a výrazne zvyšujú húževnatosť, čím ďalej zvyšujú výkonnosť ZTA.

ZTA sa môže pochváliť nielen svojou silou, tetragonálno-monoklinická štruktúra a vysoká lomová húževnatosť, ale aj nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE), vďaka tomu je vhodný pre aplikácie vyžadujúce extrémne teploty alebo prostredia, kde je rozhodujúca rozmerová stabilita, ako sú presné komponenty alebo elektronické obaly.

ZTA vyniká medzi medicínskymi implantátmi vďaka kombinácii chemickej odolnosti, mechanické vlastnosti a odolnosť voči korózii za pomoci napätia vo vode alebo telesných tekutinách, making it a prime candidate for medical implants such as orthopedic femoral heads and acetabular liners. BioLOX Delta biomaterial is one such example; used extensively during orthopedic surgeries for both applications.

Odolnosť proti korózii

ZTA boasts superior properties of both alumina and zirconia, making it highly resistant to both chemical attack and wear, making it perfect for applications involving corrosion-prone environments or repetitive friction or mechanical stress.

Combining the hardness of alumina with zirconia’s toughness results in excellent tribological properties that make for excellent wear resistance in components with heavy loads and long-term use, such as orthopaedic implants, cutting tools and wear resistant components used in fluid management (thread guides, ložiská, nozzles etc). Táto kombinácia je obzvlášť použiteľná v lekárskych a priemyselných zariadeniach, ako sú ortopedické implantáty, rezné nástroje alebo riadenie tekutín (vodidlá závitov ložiská trysky atď).

Zvýšenú lomovú húževnatosť ZTA možno pripísať jemne rozptýleným časticiam oxidu zirkoničitého v matrici oxidu hlinitého. Keď sa trhliny začnú šíriť, keď ich energia narastá a šíri sa ďalej, tieto tetragonálne zrná oxidu zirkoničitého prechádzajú fázovou transformáciou, aby ho absorbovali a rozptýlili ako súčasť transformačného spevňujúceho mechanizmu – čím sa zlepšuje lomová húževnatosť tohto materiálu.

Úspech pri výrobe keramiky ZTA spočíva v použití vysokokvalitných práškov zirkónia a oxidu hlinitého bez nečistôt. Spekanie musí byť kontrolované, aby sa zabránilo spontánnej premene tetragonálneho zirkónu na monoklinický oxid zirkoničitý počas chladenia a aby sa minimalizovala tvorba metastabilnej monoklinickej fázy, ktorá je náchylná na chemisorpciu s molekulami vody, ktorá vedie k degradácii pri nízkej teplote pri dlhodobom používaní; Proces spekania keramiky ZTA Saint-Gobain ZirPro bol špeciálne vytvorený, aby sa zabránilo takýmto nežiaducim javom.. Našťastie keramika ZTA od Saint-Gobain ZirPro je navrhnutá špeciálne tak, aby zabránila takýmto javom –

Tepelná stabilita

Zirkónom tvrdený oxid hlinitý (ZTA) dokáže odolať rýchlym zmenám teploty bez prasknutia alebo zlomenia, vďaka časticiam zirkónu rozptýleným v matrici oxidu hlinitého absorbuje tepelnú energiu a vytvára tlakové napätie, ktoré zabraňuje praskaniu a poruchám. Pretože ZTA tak efektívne absorbuje tepelnú energiu, tento materiál je vynikajúcou voľbou pre aplikácie, ktoré vyžadujú odolnosť voči vysokým teplotám.

Pridanie oxidu zirkoničitého do matrice oxidu hlinitého môže zvýšiť lomovú húževnatosť a súčasne zlepšiť mechanické vlastnosti, ako je pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Zvýšenú lomovú húževnatosť v ZTA možno pripísať stresom indukovanej transformácii z metastabilnej tetragonálnej fázy na monoklinickú fázu pri teplote okolia; efekt zosilnený menšou veľkosťou zŕn oxidu zirkoničitého ako v prípade oxidu hlinitého.

Stabilizátory sa často používajú na zachovanie tetragonálnej zirkónovej fázy v materiáloch ZTA, ako je Biolox Delta; však, podobné výsledky možno dosiahnuť bez stabilizátorov, pokiaľ ide o distribúciu častíc a lomovú húževnatosť.

Kombinácia oxidu hlinitého a zirkónu vytvára pokročilú keramiku, ktorá vyniká pevnosťou, lomová húževnatosť, elasticita a tvrdosť – charakteristiky nevyhnutné pre aplikácie vyžadujúce konštrukčný výkon a odolnosť proti korózii. Keramika ZTA má tendenciu prekonávať 99% keramika z oxidu hlinitého, pretože je nákladovo efektívna a zároveň efektívnejšie spĺňa špecifické potreby aplikácie; ich pomer môže byť dokonca špeciálne prispôsobený.