Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid

Cirkonijeva kaljena glinica (ZTA) je napreden keramični material, ki se pogosto uporablja v tesnilih ventilov, puše, komponente črpalke in rezalna orodja zaradi svoje trdnosti in kemične stabilnosti – kar dokazuje njegova sposobnost, da prenese velike obremenitve brez znatne degradacije.

ZTA se ponaša z impresivno odpornostjo na toplotne udarce in lahko prenese nenadne spremembe temperature, kot tudi hitra nihanja temperature. Preberite, če želite izvedeti več o njegovih mehanskih lastnostih!

Trdota

Cirkonij, dodan matrici iz aluminijevega oksida, poveča njeno trdoto, lomna žilavost in upogibna trdnost ob povečani odpornosti proti obrabi in eroziji. Mehanizem, ki je običajno vpleten, je fazna transformacija, ki ji sledi nastanek mikrorazpok, lahko pa vključuje tudi teorije napetostne teorije, če je primerno.

Metastabilne tetragonalne oborine cirkonijevega dioksida, ki tvorijo fino disperzijo v matrici aluminijevega oksida, se lahko spontano spremenijo v monoklinične oblike, ko se njihova omejitev odpravi med širjenjem razpoke, zagotavljanje energije proti napetostnim poljem, ki spodbujajo širjenje razpok.

Keramika ZTA ima boljšo lomno žilavost in trdoto v primerjavi z drugo inženirsko keramiko na osnovi oksida, kot tudi dvakratno ciklično trdnost Y-TZP. Kot taka, zaradi svojih lastnosti je primeren za aplikacije, ki zahtevajo izjemno odpornost proti obrabi, kemična inertnost in nizko trenje ter visoka trdnost in togost.

Upogibna trdnost

Keramiko ZTA je mogoče izdelati s spreminjanjem razmerja cirkonijevega oksida, stabiliziranega z itrijem (Y-TZP) v matriki aluminijevega oksida z vročim izostatičnim stiskanjem, za optimizacijo kombinacij trdote, lomne žilavosti in upogibne trdnosti, ki imajo za posledico neprimerljivo odpornost proti ciklični utrujenosti, ki presega najbolj napredno tehnično keramiko.

Metastabilni Y-TZP v matriki aluminijevega oksida povzroči nastanek aglomeratov tetragonalne-monoklinične transformacijske faze, ki povečajo lomno žilavost s fazno transformacijsko togostjo (Clausen 1976). Prednostno prečkanje razpok, ti prehodni aglomerati bodo stisnili cono pred fronto razpoke in zmanjšali njeno napredovanje, končno poveča lomno žilavost.

Ta struktura materiala je privedla do ustvarjanja kompozitov aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida, kot je BIOLOX Delta, v veliki meri uporablja za popolne proteze kolka in druge nosilne ortopedske komponente. Ta keramični biomaterial ima izjemno odpornost proti obrabi, kemična inertnost pri sobni temperaturi, odpornost na toplotni udar in odlična kemična inertnost pri vseh temperaturah.

Odpornost proti koroziji

Kemično inerten in odporen na visoke temperature in obrabo, zagotavlja vrhunsko delovanje v primerjavi z 99 aluminijeva keramika in je tudi stroškovno učinkovitejša.

Cirkonij se ponaša tudi z impresivno natezno trdnostjo, upogibne in elastične lastnosti ter biokompatibilnost – zaradi česar je idealen za medicinske namene, kot je zamenjava kolka. Zaradi transformacijskega utrjevanja pod stresnimi pogoji, delci cirkonijevega dioksida preidejo iz metastabilne tetragonalne oblike v monoklinično obliko, pomaga pri učinkovitejšem zapiranju razpok, hkrati pa povečuje lomno žilavost.

CeramTec (Biolox Delta) komercializira kompozit aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida, kjer nestabilizirani cirkonijev oksid ostane v tetragonalni fazi, da upravlja to transformacijo in zagotavlja zatemnitev konice razpoke in odklon razpoke, izboljšanje žilavosti matrike iz aluminijevega oksida. Vsebnost cirkonijevega oksida v materialu je mogoče spremeniti s tehnikami priprave prahu in zgoščevanja.

Odpornost na toplotni udar

Cirkonij, dodan primarni matrici aluminijevega oksida med sintranjem, lahko znatno poveča njeno trdnost in žilavost, ustvarjanje tako imenovanega ZTA (Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid), boljši od običajne keramike iz aluminijevega oksida v mehanskih in obrabnih aplikacijah.

Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid je znan po svojih izjemnih lastnostih, kot sta visoka vroča trdota in prelomna trdnost, kemična inertnost pri sobni temperaturi, nizke stopnje toplotnega raztezanja in odlična odpornost na toplotni udar – idealne lastnosti za rezkanje komponent kot tudi obrabljivih delov, ki zahtevajo hladilne mehanizme.

CeramTec trži ZTA, imenovano Biolox delta, ki ima matrico aluminijevega oksida z razpršenimi delci Y-TZP (17 teža/masni %) in trombociti stroncijevega aluminata (0.5 teža/masni %), zagotavlja učinkovito kombinacijo mehanizmov transformacije tetragonalne v monoklinsko fazo in mehanizmov za odklon razpok za izboljšano žilavost, zaradi česar je idealen za primarne postopke THA na nosilnih površinah stegnenice.

Električna izolacija

Aluminijev oksid, utrjen s cirkonijem, lahko prenese toplotni udar brez pokanja ali zloma ob nenadnih spremembah temperature, zahvaljujoč razpršenim delcem aluminijevega oksida, razpršenim v njegovi matrici, ki absorbirajo toplotno energijo in ustvarjajo tlačne napetosti, ki preprečujejo zlome.

Keramika iz aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida je bolj gosta kot njen primerek iz čistega cirkonijevega oksida, zaradi česar je idealen za aplikacije električne izolacije. Nadalje, njegova nižja toplotna ekspanzija kot cirkonijev dioksid je primerna za dele, ki zahtevajo hlajenje.

Transformacijsko utrjevanje kompozitov aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida nudi dodatne prednosti; tukaj, zrna cirkonijevega oksida v matriksu aluminijevega oksida so podvržena metastabilni fazi, kjer se njihova zrna transformirajo iz tetragonalne v monoklinično strukturo, tako zmanjša razpoke, ki jih povzroči napetost, s povečanjem odpornosti proti obrabi in udarcem. Cirkonij, utrjen z aluminijevim oksidom, običajno nastane zaradi piroforne reakcije, ki vključuje cirkonij(IV) oksid oktahidrat, Aluminijev nitrat nanohidrat trietilamin in HNO3(Dušikova kislina); povečanje velikosti delcev dodatno pomaga pri disperziji metastabilnih zrn cirkonijevega oksida.