cirkonijev kaljeni aluminijev oksid je dokazal svoje boljše mehanske lastnosti v primerjavi z monolitnim cirkonijevim oksidom, vključno z lomno žilavostjo in upogibno trdnostjo. Stabilnost ZTA izhaja iz njegove matrične faze, ki ščiti in omejuje transformacijo tetragonalnih zrn cirkonijevega dioksida, ki mu pomaga prenesti razgradnjo v hidrotermalnih pogojih in vivo.
Upogibna trdnost
Z dodajanjem cirkonija keramiki iz aluminijevega oksida, nastane cirkonijev kaljeni aluminijev oksid. Ta material ima vrhunsko upogibno trdnost in mehansko vzdržljivost v situacijah, ki to zahtevajo, odporen je tudi na kemično korozijo in izpostavljenost telesnim tekočinam.
cirkonijev kaljeni aluminijev oksid lahko prenese hitra nihanja temperature zaradi svojih delcev cirkonijevega oksida, razpršenih v matriki aluminijevega oksida, ki absorbira toplotno energijo in ustvarja tlačne napetosti za preprečevanje razpok, zaradi česar je primeren za uporabo v različnih industrijskih aplikacijah, kot so komponente peči in motorji s parnimi turbinami.
Ta kompozitna keramika združuje impresivne lastnosti aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida za zagotavljanje dodatne trdnosti in odpornosti na toplotne udarce, z vrhunsko trdoto, upogibna trdnost, lomna žilavost in odpornost proti obrabi, ki presegata 99% čisti aluminijev oksid v smislu trdote, žilavost in odpornost proti obrabi.
Zlomna žilavost
Cirkonij poveča lomno žilavost keramike iz aluminijevega oksida s transformacijsko kaljenjem. Ob udarcu, metastabilni cirkonij, stabiliziran z itrijem, se spremeni v monoklinične kristalne strukture, ki proizvajajo tlačno napetost, ki preprečuje širjenje razpok.
Cirkonijeva kaljena glinica je zaradi svoje trdote idealen material za izdelavo rezalnih orodij, toplotna stabilnost in odpornost proti trenju. Nadalje, njegove vrhunske mehanske lastnosti pomembno prispevajo k njegovi vzdržljivosti in zanesljivosti.
ZTA, proizveden z gelcastingom, ima izjemno kombinacijo upogibne trdnosti, lomna žilavost, biokompatibilnost in odpornost na vročino/korozijo, zaradi česar je primeren za operacijo zamenjave kolka. S postopki litja z gelom je možno tudi prilagoditi njegove parametre trdote, lomne žilavosti in upogibne trdnosti s spreminjanjem ravni obremenitve trdne kaše, debelino kalupa ali temperaturne parametre sintranja za maksimiranje rezultatov.
Krivulje napetost-deformacija
material iz cirkonijevega oksida, kaljenega aluminijevega oksida, se ponaša z vrhunsko trdnostjo in odpornostjo proti obrabi, kot tudi izjemna togost za podpiranje težkih bremen brez deformacije pod pritiskom. Nadalje, ponaša se z odlično odpornostjo na toplotne udarce, kar mu omogoča, da prenese nenadna nihanja temperature brez poslabšanja.
Vsebnost cirkonijevega oksida nad določeno mejo poveča degradacijo zaradi staranja zaradi mikrorazpok, ki nastanejo med ohlajanjem po sintranju in delujejo kot prednostne poti za prodiranje vode v keramični material, kar povzroči nastanek mikrorazpok med ohlajanjem, ki delujejo kot prednostne poti za njegov vstop in širjenje vanj. Nasprotno, ko so pod tem pragom delci cirkonijevega oksida podvrženi transformaciji zaradi stresa iz tetragonalne faze v monoklinično fazo, kar zmanjša razgradnjo zaradi staranja.
Natezna trdnost
Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid je trd in vzdržljiv material z odlično odpornostjo proti obrabi in lastnostmi toplotne stabilnosti, zaradi česar je primeren za komponente, ki potrebujejo hlajenje. Dodatno, toplotno stabilne površine, kot je ta, zagotavljajo toplotni nadzor in odpornost proti trenju, zaradi česar so idealna izbira materiala.
Pod stresom, ZTA je podvržen fazni transformaciji iz tetragonalne v monoklinično, kar preprečuje širjenje razpok in poveča lomno žilavost, vendar nekatere študije kažejo, da povečanje nestabiliziranega cirkonijevega dioksida vodi do zmanjšane natezne trdnosti.
ZTA keramika običajno vsebuje 10%-20% cirkonij, kar omogoča, da je prilagojen posebej za vsako aplikacijo. ZTA je biokompatibilen, temperaturno odporen, odporen proti koroziji, dovolj trden, da prenese pritisk, stroškovno učinkovita alternativa čisti cirkonijevi keramiki in lahko prenese visoke temperature brez degradacije. Proizvajalci tesnil ventilov ga običajno izberejo zaradi njegove odpornosti proti koroziji in sposobnosti zadrževanja tlaka – vse lastnosti so idealne za aplikacije tesnil ventilov.
Udarna trdnost
cirkonijev kaljeni aluminijev oksid je zelo odporen proti koroziji in ima izjemno mehansko trdnost, zaradi česar so primerni za aplikacije, ki zahtevajo trdoto in žilavost hkrati. Nadalje, ZTA ponuja prihranke pri stroških v primerjavi s čisto cirkonijevo keramiko.
Kombinacija aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida ustvari keramiko z večjo upogibno trdnostjo, lomna žilavost, in odpornost proti obrabi kot čisti aluminijev oksid. Lahko prenese večje obremenitve in udarce in se pogosto uporablja kot nadgradnja standardnega aluminijevega oksida v dizajnih, ki zahtevajo dodatne funkcije.
Za to povečano trdnost je odgovorna utrjena transformacija; v stresnih razmerah, delci cirkonijevega dioksida spremenijo svojo tetragonalno v monoklinsko obliko in se razširijo, stiskanje razpok v matrici aluminijevega oksida in tako vodi do večje upogibne trdnosti kot YSZ (Sliki 6c in d).
Odpornost proti koroziji
Keramična kombinacija aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida ZTA zagotavlja vrhunsko odpornost proti koroziji v primerjavi s čistim 99% samo materiali iz aluminijevega oksida, in ima vrhunsko trdoto, lomna žilavost, upogibna trdnost, in lastnosti trdote kot njegovi konkurenti.
ZTA odlikuje izjemna odpornost proti obrabi in abraziji ter kemična združljivost, zaradi česar je idealen za industrijske aplikacije, ki zahtevajo visoko mehansko vzdržljivost. Nadalje, kombinacija materialov se ponaša z odlično odpornostjo na toplotne udarce, ki omogoča hitre temperaturne spremembe brez pokanja ali zloma.
Delci cirkonijevega oksida, dodani matrici iz aluminijevega oksida, povečajo njeno lomno žilavost s transformacijskim utrjevanjem, učinek, ki ga povzroča napetost delcev cirkonijevega dioksida, ki se spremenijo iz tetragonalne v monoklinično kristalno strukturo, ko so izpostavljeni tlačni napetosti, povzročajo tlačne napetosti, ki zavirajo širjenje razpok in bistveno povečajo njegovo lomno žilavost.
Odpornost na toplotni udar
cirkonijev kaljeni aluminijev oksid je napredna keramika, ki združuje aluminijev oksid in cirkonijev oksid. Za ustvarjanje ZTA, cirkonijev oksid je uveden v glavno matriko aluminijevega oksida pred sintranjem za dodatno trdnost in odpornost na toplotne udarce v primerjavi s tradicionalno keramiko iz aluminijevega oksida; poleg tega se ponaša z večjo trdoto, upogibna trdnost, in gostoto kot njegova nasprotna stran.
Mehanizem utrjevanja ZTA vključuje fazno transformacijo, ki jo povzroča napetost, iz tetragonalnih v monoklinične kristalne strukture delcev cirkonijevega oksida, povečuje lomno žilavost, hkrati pa jo ščiti pred toplotnimi udarci in mehansko abrazijo. cirkonijev kaljeni aluminijev oksid je zelo biokompatibilen in ne korodira hitro, zaradi česar je idealen za tesnila ventilov. Nadalje, njegova visoka upogibna trdnost mu omogoča, da učinkovito prenese pritisk telesa.