Bezkonkurenčná húževnatosť so zirkónom tvrdeným oxidom hlinitým (ZTA) Ceramics

Zirkónom tvrdený oxid hlinitý (ZTA) keramika sa môže pochváliť bezkonkurenčnou húževnatosťou. They boast superior wear resistance, chemical inertness and low friction for effortless performance in everyday tasks – not to mention higher hardness and stiffness than metals.

ZTA involves metastable tetragonal zirconia polycrystal agglomerates in an alumina matrix that undergo stress-induced phase transformation to monoclinic form under stress, thus dispersing shear strain and stopping crack propagation, commonly known as transformation toughening.

Corrosion Resistant

ZTA offers superior chemical resistance compared to pure alumina and can withstand extreme temperatures without degradation, making it the ideal material choice for industrial applications in harsh environments and conditions.

Húževnatosť ZTA je posilnená časticami zirkónia, ktoré rozptyľujú a absorbujú energiu, pomáha predchádzať praskaniu. Pri dopovaní oxidom ytritým, oxid zirkoničitý sa počas namáhania mení z metastabilnej tetragonálnej fázy na monoklinickú a vytvára tlakové napätia, ktoré zvyšujú lomovú húževnatosť.

Keramika na báze zirkónu, ako je ZTA, obsahuje častice oxidu hlinitého, ktoré odolávajú tepelnému šoku. To mu umožňuje odolávať rýchlym zmenám teploty bez praskania alebo zlyhania pri vysokovýkonných aplikáciách, ako je brúsenie a rezanie; jeho nízka lineárna a torzná rozťažnosť poskytuje vynikajúcu nosnosť a výkon. ZTA sa chváli 2-3 krát väčšia pevnosť v ťahu v porovnaní s čistým oxidom hlinitým, pričom má nízke koeficienty lineárnej/torznej rozťažnosti pre výnimočnú nosnosť a výkonnostné schopnosti.

High Stiffness

ZTA combines the strength and durability of alumina with zirconia toughening for an exceptional material for demanding applications. This combination offers unparalleled strength, lomová húževnatosť, elasticity and hardness properties in one package.

Claussen discovered in 1976 that adding unstabilized zirconia to alumina significantly increases its fracture toughness, due to the tetragonal-monoclinic transformation of dispersed fine tetragonal precipitates dispersed within its matrix. Such metastable precipitates are restrained from changing until released by an approaching crack front or other source of relief from their constraint, such as by melting away.

Hot-pressed 10mol% yttria-stabilized zirconia (10YSZ), reinforced with either particulates or platelets containing from 0 to 30wt% alumina content were subjected to rigorous strength, fracture toughness and slow crack growth tests at 1000C in air. Results demonstrated that maximum flexural strength and fracture toughness for platelet composites was attained with this composition content.

High Tensile Strength

Zirconia ceramics offer an extraordinary combination of strength, resilience, and versatility that far outshines traditional technical ceramics. Zirconia formulations like ZTA provide solutions for today’s most difficult applications ranging from aerospace components enduring harsh environments to next-generation biomedical implants designed for longevity – providing reliable solutions for today’s most pressing needs.

ZTA stands out amongst other materials due to its superior flexural strength, fracture toughness and resistance to crack propagation due to its metastable tetragonal phase. Táto transformácia na monoklinický oxid zirkoničitý pri nízkej teplote stláča zónu pred čelom trhliny, aby sa zastavil ďalší rast.

Ytriom čiastočne stabilizovaný oxid zirkoničitý (Y-TZP) a cérom čiastočne stabilizovaný oxid zirkoničitý (Čo-ŤZP) vykazujú výnimočné charakteristiky húževnatosti podobné ZTA vďaka zachovaniu tetragonálnej fázy udržiavaním ytria alebo céru pri nižších teplotách, umožňujúce transformáciu v lepšie zvládnuteľnom teplotnom rozsahu a vykazujúce menšie poškodenie povrchu počas cyklických zaťažovacích testov ako náprotivky z oxidu hlinitého.

Nízke trenie

Zirkónia je jednou z najtvrdších dostupných technických keramických materiálov a jej vlastnosti s nízkym trením pomáhajú zvyšovať odolnosť proti opotrebovaniu a zároveň znižujú požiadavky na mazanie.

Keramika ZTA obsahuje oxid hlinitý pre maximálnu húževnatosť. To umožňuje, aby metastabilné častice tetragonálneho zirkónia stabilizované ytriom v matrici oxidu hlinitého zostali nezmenené, zostávajú kryštalizované vďaka pretkanej sieti zŕn.

Kontrolované zloženie a podmienky spracovania zabezpečujú, že po ochladení z teploty spekania nenastane spontánna tetragonálna premena na monoklinickú, prispieva k schopnosti viacnásobného nárazu pri testovaní lomovej húževnatosti. Ďalej, vysoká homogenita v kompozitoch oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého s malými veľkosťami zŕn vedie k nižšej energii trhlín, čo sa následne premieta do kratších dĺžok trhlín počas testov vtláčania diamantov.

Vysoká tepelná rozťažnosť

Väzbová sila matrice oxidu hlinitého jej umožňuje zabrániť tomu, aby sa častice tetragonálneho zirkónu po ochladení premenili na monoklinický zirkón, teda robiť 10 krtko % ytriom stabilizované kompozity oxidu zirkoničitého a hlinitého sú stabilné a bez trhlín.

Prídavok céru k oxidu zirkoničitému umožňuje jeho čiastočnú stabilizáciu (Čo-ŤZP). Ce-TZP si zachováva svoju tetragonálnu fázu pri izbovej teplote a výrazne zvyšuje húževnatosť, lomová húževnatosť a pevnosť v ohybe v porovnaní s tradičnými dentálnymi keramickými materiálmi.

Kompozity z tvrdeného oxidu hlinitého zirkónom obsahujúce Ce-TZP, oxid zirkoničitý stabilizovaný ytriom (Y-TZP), alebo oxid zirkoničitý stabilizovaný magnéziou (Mg-PSZ) vykazujú výnimočnú húževnatosť, ktorá prevyšuje ako oxid hlinitý, tak monolitický oxid zirkoničitý, vďaka čomu je ZTA ideálnym kandidátom pre náročné aplikácie, ako sú lekárske implantáty, letecké komponenty a priemyselné stroje. ZTA sa môže pochváliť aj mnohými vlastnosťami chemickej odolnosti, ktoré ho chránia pred kyselinami, soľné roztoky, roztavené soli alkálie, ako aj vysoké teploty.