Zirkónom tvrdený oxid hlinitý

Kompozity oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého sa vytvrdzujú prostredníctvom transformácie jemných tetragonálnych častíc zirkónia na tvrdé, pevné materiály s extrémnou pevnosťou a húževnatosťou, vďaka ktorým sú vhodné pre rôzne aplikácie a prostredia.

Gelcasting sa použil na výrobu vzoriek ZTA, s opatrnou pozornosťou venovanou optimalizácii prípravy kalu s rôznym obsahom pevných látok, procesy formovania a odformovania, sušenie rozpúšťadlom (osmotické verzus sušenie vzduchom), a procesy pyrolýzy a spekania pri 1550 a 1650 degC na účely sušenia. Hustota, tvrdosť, hodnotenie lomovej húževnatosti a pevnosti v ohybe sa uskutočnilo na všetkých vzorkách vyrobených pomocou gélového odlievania.

Má vysokú tvrdosť

Zirkónom tvrdený oxid hlinitý (ZTA) je ideálny pre náročné aplikácie vďaka svojej vysokej tvrdosti. Vyrobené pomocou gélového odlievania, ZTA ponúka úsporu nákladov v porovnaní s inými keramickými materiálmi a zároveň sa môže pochváliť vynikajúcou pevnosťou. ZTA môže tolerovať teploty 1650 degC, pričom zostáva nákladovo efektívna vďaka tomu, že pozostáva z práškov ytriom stabilizovaného zirkónia a oxidu hlinitého, ktoré boli kombinované pomocou techník odlievania gélu a spekania.

Keramika ZTA vyniká svojou pozoruhodnou húževnatosťou vďaka jej premene z tetragonálnej na monoklinickú fázu, zvýšenie lomovej húževnatosti až o dve. Tento mechanizmus je spôsobený rozdielmi medzi ich modulmi pružnosti medzi ich príslušnými fázami – oxid zirkoničitý a oxid hlinitý – čo znamená, že napäťové polia vytvorené počas fázovej transformácie skutočne pôsobia na zmiernenie šírenia trhlín, vďaka čomu je ZTA oveľa odolnejšia ako tradičná keramika z oxidu hlinitého.

Oxid hlinitý tvrdený zirkónom sa môže pochváliť vyššou tvrdosťou a lomovou húževnatosťou v porovnaní s AlN, ako aj vynikajúcu pevnosť v ohybe v porovnaní s oboma týmito materiálmi, vďaka čomu je vynikajúcim kandidátom pre automobilové a trvalo udržateľné energetické aplikácie. Ďalej, ZTA sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou voči tepelným šokom, ako aj dobrými elektrickými izolačnými vlastnosťami, vďaka čomu je vhodný na použitie v automobiloch a na iné medicínske účely; navyše, ZTA nevykazuje poškodenie DNA ani karcinogenetické účinky v bunkách cicavcov, poskytuje potenciálne využitie ako materiál zubných implantátov vďaka svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam a vlastnostiam biokompatibility.

Má vysokú húževnatosť

Zirkónom tvrdený oxid hlinitý (ZTA), alebo zirkónom tvrdený oxid hlinitý, je keramický materiál zložený z oxidu hlinitého a zirkónia, ktorý ponúka výnimočné mechanické vlastnosti, ako je vysoká pevnosť v ohybe, lomová húževnatosť, elasticita, tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Pomer medzi týmito materiálmi možno ľahko upraviť tak, aby vyhovoval špecifickým aplikáciám; Produkty ZTA zažiarili produkty vyrobené z čistého zirkónu, pričom sú nákladovo efektívnejšie.

Tento materiál bol úspešne použitý pri náhradách bedrových hláv stehennej kosti a acetabulárnych vložkách vďaka svojej biokompatibilite a schopnostiam dlhodobej záťaže. Avšak, jeho vhodnosť sa musí najprv vyhodnotiť in vivo.

ZTA dosahuje vysokú húževnatosť vďaka svojej metastabilnej tetragonálnej štruktúre a tlakovej sile z matrice oxidu hlinitého, kde vysoké ťahové napätia spôsobujú transformačné spevnenie; to jest, oxid zirkoničitý sa transformuje na monoklinické formy, keď je vystavený kompresným silám z matrice oxidu hlinitého, produkujúce energie napätia, ktoré spomaľujú alebo zastavujú šírenie trhlín, čím vytvárajú efekty transformačného spevnenia, ktoré bránia šíreniu trhlín.

ZTA sa môže pochváliť výrazne zvýšenou pevnosťou v ohybe 99% keramika z oxidu hlinitého vďaka svojej metastabilnej tetragonálnej fáze a matrici oxidu hlinitého, v tomto smere ju výrazne predbieha. Avšak, kompozity na báze oxidu hlinitého a zirkónia sa môžu stať krehkými v dôsledku nižšej homogenity a zachytávania vzduchu, ako aj aglomerácie častíc, čo vedie k bodovým defektom a zníženiu pevnosti v ohybe – jeho výkon však prevyšuje tradičnú aluminovú keramiku v medicínskych a priemyselných aplikáciách.

Má vysokú pevnosť

Zirkónom tvrdený oxid hlinitý je mimoriadne odolný materiál, vďaka čomu je vhodný pre nosné aplikácie. Vyrába sa prostredníctvom transformácie jemných tetragonálnych častíc oxidu zirkoničitého na matricu z oxidu hlinitého, výsledkom jeho výroby je vysoko rovnomerné rozloženie častíc s výnimočnou pevnosťou a húževnatosťou.

Keramika je tiež vysoko odolná voči chemickej korózii. Je vhodný na mnoho použití vrátane lekárskych implantátov a dentálnych materiálov vďaka svojej schopnosti odolávať opakovanému vystaveniu telesným tekutinám a chemikáliám.

ZTA vyniká aj odolnosťou voči teplotným šokom, pretože jeho častice zirkónia rozptýlené v matrici oxidu hlinitého absorbujú tepelnú energiu a vytvárajú tlakové napätie, aby sa zabránilo tvorbe trhlín – to umožňuje bezpečné používanie keramiky ZTA pre aplikácie s vysokou teplotou, ako sú komponenty pecí a časti turbínového motora, bez rizika poškodenia alebo zlyhania.

ZTA čerpá svoju silu zo svojej štruktúry a distribúcie nanočastíc, ako aj izostatické lisovanie za tepla a konvenčné spekanie pre zvýšenú spoľahlivosť. Pre väčšiu flexibilitu, môže sa tiež vyrábať s použitím metód výroby sol-gélu, ktoré transformujú molekuly na pevné látky – v tomto prípade kombinovanie práškového oxidu hlinitého a práškov zirkónia v gélovej kvapaline, ktorá sa potom môže formovať do rôznych tvarov pred pečením v peci, kým nedôjde k vytvrdnutiu pred vybratím z formy a vysušením, čím sa získa ZTA s vysokou hustotou jemných kryštálových štruktúr spolu so zmenenými kryštálmi, atómový, elektrónové stavy vedúce k ZTA, ktoré vykazujú vysokú hustotu, ako aj zmenený kryštál, atómové stavy, ako aj zmenené kryštálové štruktúry, zmenené kryštálové štruktúry, ako aj zmenený kryštál, atómové stavy vedúce k zmenenému kryštálu, atómové stavy pre zvýšenú spoľahlivosť.

Má vysokú teplotnú odolnosť

Materiál ZTA ponúka vynikajúcu tepelnú odolnosť, vďaka čomu je vhodný pre aplikácie vyžadujúce extrémnu odolnosť. Ďalej, vďaka svojej odolnosti proti korózii a vyššej pevnosti v ohybe je ZTA vhodný na dlhodobé vystavenie teplotám až 1773 K – Vďaka tomu je vynikajúcou voľbou pre dlhodobé vystavenie zariadenia vysokým teplotám.

Nedávny výskum naznačuje, že oxid zirkoničitý zlepšuje mechanické vlastnosti oxidu hlinitého, konkrétne jeho húževnatosť a pevnosť v ohybe. Tento efekt nastáva, pretože častice oxidu zirkoničitého vytvárajú tlakové napätie na matrici oxidu hlinitého, keď sú pod tlakom; toto tlakové napätie pomáha znižovať šírenie trhlín a súčasne zvyšuje lomovú húževnatosť.

Výkonnosť kompozitov ZTA ovplyvňuje množstvo faktorov, ako sú spôsoby spekania a teploty, ako aj množstvo pridaného oxidu zirkoničitého. Vo všeobecnosti, pridanie väčšieho množstva oxidu zirkoničitého má tendenciu zvýšiť výkon; príliš veľa oxidu zirkoničitého by však mohlo znížiť jeho pevnosť v ohybe, ako aj lomovú húževnatosť.

Oxid hlinitý-zirkónom tvrdený oxid hlinitý (TO) je pokročilý technický keramický materiál používaný v rôznych priemyselných aplikáciách. Vyrobené z oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého spojené keramickými väzbami, ktoré zvyšujú pevnosť v ohybe a lomovú húževnatosť materiálu, AZT je vynikajúci materiál pre stroje vystavené vysokým teplotám, ako sú pece a pece.