Neprimerljiva žilavost s cirkonijevim kaljenim aluminijevim oksidom (ZTA) Keramika

Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid (ZTA) keramika se ponaša z neprekosljivo žilavostjo. Ponašajo se z vrhunsko odpornostjo proti obrabi, kemična inertnost in nizko trenje za enostavno delovanje pri vsakodnevnih opravilih – da ne omenjam večje trdote in togosti kot kovine.

ZTA vključuje metastabilne tetragonalne polikristalne aglomerate cirkonijevega oksida v matriki aluminijevega oksida, ki so pod stresom podvrženi fazni transformaciji v monoklinično obliko, tako razprši strižne deformacije in ustavi širjenje razpok, splošno znano kot transformacijsko utrjevanje.

Odporen proti koroziji

ZTA ponuja vrhunsko kemično odpornost v primerjavi s čistim aluminijevim oksidom in lahko prenese ekstremne temperature brez degradacije, zaradi česar je idealna izbira materiala za industrijsko uporabo v težkih okoljih in pogojih.

Žilavost ZTA je povečana z delci cirkonijevega oksida, ki razpršijo in absorbirajo energijo, pomaga preprečiti razpoke. Ko je dopiran z itrijevim oksidom, cirkonijev dioksid se med obremenitvijo spremeni iz metastabilne tetragonalne faze v monoklinično, da ustvari tlačne obremenitve, ki povečajo lomno žilavost.

Keramika na osnovi cirkonijevega oksida, kot je ZTA, vsebuje delce aluminijevega oksida, ki so odporni na toplotni šok. To mu omogoča, da prenese hitre temperaturne spremembe brez razpok ali okvar pri visoko zmogljivih aplikacijah, kot sta brušenje in rezanje; njegova nizka linearna in torzijska ekspanzija zagotavlja izjemno nosilnost in zmogljivost. ZTA se hvali 2-3 krat močnejša natezna trdnost v primerjavi s čistim aluminijevim oksidom, medtem ko ima nizke koeficiente linearne/torzijske razteznosti za izjemno nosilnost in zmogljivosti.

Visoka togost

ZTA združuje moč in vzdržljivost aluminijevega oksida s kaljenjem cirkonijevega oksida za izjemen material za zahtevne aplikacije. Ta kombinacija nudi moč brez primere, lomna žilavost, lastnosti elastičnosti in trdote v enem paketu.

Claussen odkril v 1976 da dodajanje nestabiliziranega cirkonijevega oksida aluminijevemu oksidu bistveno poveča njegovo lomno žilavost, zaradi tetragonalno-monoklinične transformacije razpršenih finih tetragonalnih oborin, razpršenih znotraj njenega matriksa. Takšne metastabilne oborine se ne spreminjajo, dokler jih ne sprosti bližajoča se fronta razpoke ali drug vir olajšanja njihove omejitve, na primer s taljenjem.

Vroče stisnjen 10 mol % itrijem stabiliziran cirkonij (10YSZ), okrepljeno z delci ali trombociti, ki vsebujejo iz 0 do 30 mas. % vsebnosti aluminijevega oksida so bili izpostavljeni strogi trdnosti, testi lomne žilavosti in počasne rasti razpok pri 1000C na zraku. Rezultati so pokazali, da je bila največja upogibna trdnost in lomna žilavost za trombocitne kompozite dosežena s to vsebnostjo sestave.

Visoka natezna trdnost

Cirkonijeva keramika ponuja izjemno kombinacijo moči, odpornost, in vsestranskostjo, ki daleč prekaša tradicionalno tehnično keramiko. Formulacije iz cirkonijevega dioksida, kot je ZTA, ponujajo rešitve za današnje najtežje aplikacije, od letalskih komponent, ki vzdržijo težka okolja, do biomedicinskih vsadkov naslednje generacije, zasnovanih za dolgo življenjsko dobo. – zagotavlja zanesljive rešitve za današnje najbolj pereče potrebe.

ZTA med drugimi materiali izstopa zaradi svoje vrhunske upogibne trdnosti, lomna žilavost in odpornost proti širjenju razpok zaradi njegove metastabilne tetragonalne faze. Ta pretvorba v monoklinični cirkonij pri nizki temperaturi stisne območje pred sprednjo stranjo razpoke, da ustavi nadaljnjo rast.

Z itrijem delno stabiliziran cirkonij (Y-TZP) in delno stabiliziran cirkonij s cerijem (Kaj-TZP) kažejo izjemne lastnosti žilavosti, podobne ZTA zaradi zadrževanja tetragonalne faze z vzdrževanjem itrija ali cerija pri nižjih temperaturah, omogoča transformacijo pri bolj obvladljivem temperaturnem območju in kaže manjšo površinsko poškodbo med cikličnimi obremenitvenimi preskusi kot primerki iz aluminijevega oksida.

Nizko trenje

Cirkonij je ena najtrših razpoložljivih inženirskih keramik in njegove lastnosti nizkega trenja pomagajo povečati odpornost proti obrabi, hkrati pa zmanjšujejo zahteve po mazanju.

Keramika ZTA vsebuje aluminijev oksid za največjo žilavost. To omogoča, da metastabilni z itrijem stabilizirani tetragonalni delci cirkonijevega oksida v matriki aluminijevega oksida ostanejo nespremenjeni, ostanejo kristalizirani zaradi prepletene mreže zrn.

Nadzorovana sestava in pogoji obdelave zagotavljajo, da pri ohlajanju s temperature sintranja ne pride do spontane tetragonalne v monoklinsko transformacijo, prispeva k zmožnosti več zadetkov pri testiranju lomne žilavosti. Nadalje, visoka homogenost v kompozitih aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida z majhnimi velikostmi zrn ima za posledico nižjo energijo razpok, kar posledično povzroči krajše dolžine razpok med preskusi vdolbine z diamanti.

Visoko toplotno raztezanje

Vezna sila matrike aluminijevega oksida mu omogoča, da prepreči prehod tetragonalnih delcev cirkonijevega dioksida v monoklinični cirkonijev dioksid po ohlajanju, tako izdelavo 10 mol % z itrijem stabilizirani cirkonijev-aluminijev oksid kompoziti stabilni in brez razpok.

Dodatek cerija cirkoniju omogoča njegovo delno stabilizacijo (Kaj-TZP). Ce-TZP ohranja svojo tetragonalno fazo pri sobni temperaturi in bistveno poveča žilavost, lomna žilavost in upogibna trdnost v primerjavi s tradicionalnimi dentalnimi keramičnimi materiali.

Kompoziti iz kaljenega cirkonijevega oksida, ki vsebujejo Ce-TZP, z itrijem stabiliziran cirkonij (Y-TZP), ali z magnezijem stabiliziran cirkonij (Mg-PSZ) izkazujejo izjemno žilavost, ki presega tako aluminijev oksid kot monolitni cirkonij, zaradi česar je ZTA popoln kandidat za zahtevne aplikacije, kot so medicinski vsadki, letalske in vesoljske komponente in industrijski stroji. ZTA se ponaša tudi s številnimi lastnostmi kemične odpornosti, ki ga ščitijo pred kislinami, solne raztopine, staljene soli alkalije kot tudi visoke temperature.