Zirkónom tvrdený oxid hlinitý – Vylepšená sila pre priemyselnú dokonalosť

Zirkónom tvrdený oxid hlinitý (ZTA) je výnimočná keramika, vyznačuje sa vysokou húževnatosťou a odolnosťou proti lomu vďaka časticiam oxidu zirkoničitého stabilizovaného ytriom rozptýleným cez matricu oxidu hlinitého.

Tento materiál dokáže vydržať rýchle zmeny teploty bez praskania alebo lámania, odoláva chemickej korózii a ponúka vynikajúcu odolnosť proti tepelným šokom.

Vynikajúca odolnosť proti korózii

Keramika ZTA ponúka ideálnu rovnováhu medzi silou a hodnotou, sú pevnejšie ako produkty z oxidu hlinitého, ale lacnejšie ako čistý zirkón. Ich mechanické vlastnosti – lomová húževnatosť, pevnosť v ohybe a tvrdosť, ako aj odolnosť proti tepelným šokom – aby boli vhodné na výrobu priemyselných nástrojov, ako sú rezné kotúče.

ZTA dosahuje svoje vynikajúce vlastnosti vďaka prídavku oxidu zirkoničitého stabilizovaného ytriom (YSZ) častice v matrici oxidu hlinitého. Pri rovnomernom rozptýlení, YSZ pomáha optimalizovať tvrdosť a lomovú húževnatosť a pevnosť v ťahu oboch prvkov, čo vedie k výnimočnej odolnosti proti opotrebovaniu, chemická inertnosť pri izbovej teplote a vlastnosti tvrdosti/pretrhnutia za tepla pre výnimočný keramický materiál.

produkty ZTA’ mechanické vlastnosti do značnej miery závisia od spôsobov ich spracovania na výrobu práškov, including heat treatments, metódy kalcinácie, sušiace techniky a procesy spekania, ako aj prispôsobené tvarovanie s prísadami pridávanými počas výroby. Všetky tieto faktory majú okamžitý vplyv na ich silu, elasticity and hardness properties.

Excellent Thermal Shock Resistance

Keramika ZTA ponúka vynikajúcu odolnosť proti tepelným šokom, čo z nich robí vynikajúcu voľbu pre letecké aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú úroveň pevnosti, húževnatosť, a chemická inertnosť. Keď je YSZ rovnomerne dispergovaný v matrici oxidu hlinitého, môže byť optimalizovaný. Jednou takouto transformačne tvrdenou zirkóno-hlinitou keramikou, ktorú ponúkame, je BIOLOX delta, ktorý sa používa na ortopedické nosné komponenty, ako sú bedrové náhrady.

Stresom indukovaná transformácia z metastabilnej tetragonálnej na monoklinickú štruktúru YSZ vytvára objemovú expanziu a šmykové napätie, ktoré bráni šíreniu trhlín, zvýšenie lomovej húževnatosti pri súčasnom zlepšení pevnosti v ohybe. Výkon takejto keramiky spevnenej transformáciou oxid hlinitý-YSZ závisí od podmienok spracovania, ako aj od jej stechiometrie oxidov zložiek v procese spekania..

Nedostatočne kontrolované podmienky spekania môžu viesť k nízkej pevnosti v ohybe a zlej homogenite matrice z oxidu hlinitého a YSZ, potenciálne v dôsledku zachytenia vzduchu alebo aglomerácie častíc. Pridaním aditív, ako sú oxidy ytria alebo horčíka, možno znížiť tetragonálnu až monoklinickú transformačnú teplotu a zlepšiť spekacie vlastnosti oxidu zirkoničitého.

Vynikajúca odolnosť proti opotrebeniu

ZTA vyniká nielen z hľadiska odolnosti proti tepelným šokom a odolnosti proti korózii, ale je tiež vysoko odolný proti opotrebeniu vďaka svojmu tetragonálno-monklinickému mechanizmu fázovej transformácie. Ďalej, in vitro štúdie odhalili, že zložky ZTA sú menej náchylné na hydrotermálnu degradáciu – niečo, čo má veľký význam v keramike hlavice stehennej kosti a misky s náhradou bedrového kĺbu (ako je BIOLOX delta vyrábaný spoločnosťou CeramTec).

Simulované testy opotrebenia vykonané na komponentoch ZTA vyrobených z kompozitných materiálov na báze oxidu hlinitého a zirkónu priniesli pôsobivé výsledky z hľadiska odolnosti proti opotrebeniu, pevnosť v ohybe a tvrdosť. Vzorky ZTA vystavené viacnásobným cyklom v simulátore bedrového kĺbu vykazovali minimálnu degradáciu s výrazne nižšou drsnosťou povrchu ako monolitické komponenty zirkónia.

Komponenty ZTA sa ukázali ako vhodné pre náročné aplikácie v automobilovej výrobe (nástroje na tvárnenie za tepla a za studena, valčeky a valce na uzatváranie plechoviek); energetický priemysel (ložiská, vložky otvorov a vyhľadávače vírov); spracovanie potravín (homogenizačné časti čerpadla); a energetický priemysel. Ich mechanické vlastnosti závisia od mnohých premenných: spôsoby prípravy používané na prípravu práškov; metódy sušenia používané počas kalcinácie; techniky tvarovania používané počas techník spekania; tvarovanie na mieru; pridané aditíva a distribúcia veľkosti častíc okrem iného.

Vynikajúca pevnosť

Keramika ZTA využíva transformáciu vyvolanú stresom na integráciu oxidu zirkoničitého do matrice oxidu hlinitého, zvýšenie pevnosti a trvanlivosti v priebehu času. Vďaka tomu je ZTA vynikajúcim keramickým riešením pre priemyselné aplikácie vyžadujúce húževnatosť, vysoká odolnosť proti korózii, tolerancia teplotných šokov a teplotných šokov.

Pod napätím, tetragonálne metastabilné precipitáty v kubickom oxide hlinitom prechádzajú náhlou transformáciou na monoklinické častice, ktoré zvyšujú jeho lomovú húževnatosť vytvorením tlakových povrchových vrstiev, ktoré priľnú k trhlinám v jeho matrici.

Transformačné spevnenie je jav známy ako lomové spevnenie, pričom zvýšená lomová húževnatosť oxidu hlinitého má za následok kratšiu dĺžku trhliny, menšie otupenie trhlín, a zlepšené interakcie s už existujúcimi mikrotrhlinami. To umožňuje kombinácie tvrdých a tvrdých ložísk, ktoré sa používajú v modernej medicínskej keramike, ako sú bedrové náhrady. Ďalej, Implantáty zirkónia stabilizované ytriom známe ako y-TZP poskytujú ochranu pred opotrebovaním v priebehu času.