Napredna žilavost za industrijske aplikacije

Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid (ZTA) keramične komponente združujejo trdoto in trdnost aluminijevega oksida z vrhunsko lomno žilavostjo cirkonijevega oksida, kar zagotavlja zmogljivost in dolgo življenjsko dobo za industrijsko uporabo.

S stresom povzročena transformacija finih tetragonalnih delcev cirkonijevega oksida, vdelanih v matriko aluminijevega oksida, vodi do materialov ZTA z vrhunsko trdnostjo in žilavostjo, primeren za uporabo v različnih težkih okoljih.

Žilavost

Materiali ZTA združujejo trdoto aluminijevega oksida z žilavostjo cirkonijevega oksida za neprimerljivo odpornost proti obrabi in abraziji. Ta učinek je mogoč zaradi transformacijskega utrjevanja zaradi stresa: ob stresu, delci cirkonijevega oksida prehajajo iz svoje metastabilne tetragonalne faze v stabilno monoklinično obliko; razširitev prostornine, ki jo povzroči ta strukturna sprememba, pomaga zapreti vse razpoke v matrici aluminijevega oksida in občutno poveča žilavost.

ZTA vsebuje ploščice cirkonijevega oksida, ki med sintranjem nukleirajo v matriko aluminijevega oksida, izboljšanje lomne žilavosti in trdnosti ob hkratnem povečanju lomne žilavosti, ustvarjanje materiala z večjo upogibno trdnostjo kot Y-TZP in do dvakrat večjo od trdnosti ciklične utrujenosti. Zaradi te kombinacije žilavosti iz aluminijevega oksida v kombinaciji z trdnostjo cirkonijevega oksida je ZTA odlična izbira materiala za industrijske aplikacije, ki zahtevajo odpornost na poškodbe.

Vzdržljivost

Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid (ZTA) ponaša se z izjemno upogibno in tlačno trdnostjo, z nizkim toplotnim raztezkom, ki je enak kot pri aluminijevem oksidu, in izjemnimi lastnostmi odpornosti proti obrabi.

Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid se ustvari z dodajanjem tetragonalnih zrn cirkonijevega oksida s transformacijo zaradi napetosti v matriko iz trdega aluminijevega oksida., jih obdaja v svojo strukturo, hkrati pa omejuje njihovo transformacijo na lokalna območja, namesto da bi se razširila povsod.

Zaradi tega mehanizma so kompoziti aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida veliko bolj trpežni od monolitnega cirkonijevega oksida zaradi njihove odpornosti na absorpcijo vode s kemisorpcijo; monolitni cirkonijev dioksid lahko absorbira polarne molekule vode, kar povzroči razgradnjo pri nizkih temperaturah in sčasoma razpad po dolgotrajni uporabi.

ZTA, na drugi strani, je posebej zasnovan za olajšanje te tetragonalne v monoklinsko transformacijo s pomočjo strukturnih značilnosti in kemičnih dodatkov. CeramTec kot primer trži Biolox Delta ZTA; ta formulacija vsebuje itrijev in stroncijev aluminat za olajšanje mehanizmov utrjevanja znotraj svoje cirkonijeve faze in ima posledično manjše tveganje za razgradnjo pri nizkih temperaturah, medtem ko vzdrži visokotemperaturna okolja.

Odpornost proti koroziji

Keramika ZTA nudi vrhunsko odpornost proti koroziji v primerjavi z aluminijevim oksidom in se zato lahko uporablja v opremi, izpostavljeni težkim okoljem.. Nadalje, ZTA lahko prenese višje temperature, hkrati pa nudi večjo kemično stabilnost.

Garvie et al (1975) dokazal, da dodajanje 10-20% nestabilizirani cirkonijev oksid lahko močno poveča žilavost v primerjavi z aluminijevim oksidom, skozi transformacijsko utrjevanje. Ta proces se zgodi, ko se fino razpršene tetragonalne metastabilne oborine spremenijo v monoklinični cirkonij pod napetostjo, kar povzroči razširitev volumna, ki stisne razpoke in upočasni ali ustavi njihovo širjenje.

Ta mehanizem je podoben mehanizmu napetosti, ki jih povzročijo deformacije; vendar, da bi lahko prišlo do faznih sprememb, mora biti napetostno polje dovolj veliko; za razpoke v vzorcih ZTA ta energija izvira iz upogibnih napetosti na mestih zloma.

Odpornost na vročino

Zirconia Toughened Alumina se ponaša z izjemno visokim tališčem in odpornostjo proti koroziji, zaradi česar je idealen material za opremo, ki je pogosto izpostavljena visokim temperaturam. Nadalje, ta različica ima večjo odpornost proti trenju kot standardni aluminijev oksid, pomaga zmanjšati obrabo opreme, ki je izpostavljena višjim ravnem kinetične energije.

Keramika ZTA je ustvarjena s transformacijo tetragonalnih delcev cirkonijevega oksida v matrico aluminijevega oksida zaradi napetosti., ustvarjanje tlačnih napetosti v njih, ki preprečujejo širjenje razpok, povečanje trdnosti in žilavosti, hkrati pa zagotavlja odpornost na toplotne udarce brez zlomov ali razpok. Ponašajo se z odlično odpornostjo na toplotne udarce; odpornost na hitre spremembe temperature brez zlomov ali razpok pod obremenitvijo.

S cirkonijevim oksidom utrjen aluminijev oksid ima veliko uporab v številnih panogah zaradi širokega nabora lastnosti. Strojništvo ga uporablja za komponente črpalk in tesnila; obdelava polprevodnikov ga uporablja zaradi njegove toplotne stabilnosti in trdnosti; letalstvo, avtomobilska in električna industrija ga uporabljata kot dele motorja zaradi njegove odpornosti proti koroziji in močnim kemikalijam; lahko celo prenese visoke upogibne trdnosti za zobne vsadke!