Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid – Izboljšana trdnost za industrijsko odličnost
Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid (ZTA) je izjemna keramika, odlikujeta ga visoka žilavost in odpornost proti zlomu zaradi delcev cirkonijevega oksida, stabiliziranega z itrijem, razpršenih skozi matrico aluminijevega oksida.
Ta material lahko prenese hitre temperaturne spremembe brez razpok ali zlomov, odporen proti kemični koroziji in nudi odlično odpornost na toplotne udarce.
Odlična odpornost proti koroziji
Keramika ZTA ponuja idealno razmerje med močjo in vrednostjo, je močnejši od izdelkov iz aluminijevega oksida, vendar cenejši od čistega cirkonijevega oksida. Njihove mehanske lastnosti – lomna žilavost, upogibna trdnost in trdota ter odpornost na toplotne udarce – naj bodo primerni za izdelavo industrijskih orodij, kot so rezalna kolesa.
ZTA dosega vrhunske lastnosti zaradi dodatka cirkonijevega oksida, stabiliziranega z itrijem (YSZ) delcev znotraj matrice aluminijevega oksida. Ko je enakomerno razpršen po vsem, YSZ pomaga optimizirati trdoto-lomno žilavost in natezno trdnost obeh elementov, kar ima za posledico izjemno odpornost proti obrabi, kemična inertnost pri sobni temperaturi in lastnosti vroče trdote/trdnosti za izjemen keramični material.
ZTA izdelki’ mehanske lastnosti so močno odvisne od njihovih procesnih poti za proizvodnjo praškov, vključno s toplotno obdelavo, metode kalcinacije, sušilne tehnike in postopke sintranja ter oblikovanja po meri z dodatki, dodanimi med proizvodnjo. Vsi ti dejavniki takoj vplivajo na njihovo moč, lastnosti elastičnosti in trdote.
Odlična odpornost na toplotne udarce
Keramika ZTA ponuja odlično odpornost na toplotne udarce, zaradi česar so odlična izbira za vesoljske aplikacije, ki zahtevajo visoko stopnjo trdnosti, žilavost, in kemična inertnost. Ko je enakomerno razpršen znotraj matrike aluminijevega oksida, je mogoče optimizirati YSZ. Ena taka transformacijsko utrjena keramika iz cirkonijevega oksida in aluminijevega oksida, ki jo ponujamo, je BIOLOX delta, ki se uporablja za ortopedske nosilne komponente, kot so nadomestki kolkov..
Napeto povzročena transformacija iz metastabilne tetragonalne v monoklinično strukturo YSZ povzroči volumsko ekspanzijo in strižno deformacijo, ki preprečuje širjenje razpok, povečanje lomne žilavosti ob hkratnem izboljšanju upogibne trdnosti. Učinkovitost takšne transformacijsko utrjene keramike iz aluminijevega oksida-YSZ je odvisna od pogojev obdelave kot tudi od njene stehiometrije sestavnih oksidov v procesu sintranja.
Slabo nadzorovani pogoji sintranja lahko povzročijo nizko upogibno trdnost in slabo homogenost matrike aluminijev oksid-YSZ, potencialno zaradi zajetja zraka ali aglomeracije delcev. Z dodajanjem dodatkov, kot so itrijev ali magnezijev oksid, lahko znižate temperaturo tetragonalne do monoklinične transformacije in izboljšate lastnosti sintranja cirkonijevega oksida.
Odlična odpornost proti obrabi
ZTA ne blesti samo v smislu odpornosti na toplotne udarce in odpornosti proti koroziji, vendar je tudi zelo odporen proti obrabi zaradi svojega tetragonalno-monkliničnega mehanizma za ohišje fazne transformacije. Nadalje, Študije in vitro so pokazale, da so komponente ZTA manj nagnjene k hidrotermični razgradnji – nekaj velikega pomena pri zamenjavi kolka, glava stegnenice in keramika za skodelico (kot je BIOLOX delta proizvajalca CeramTec).
Simulirani preskusi obrabe, izvedeni na komponentah ZTA iz kompozitnih materialov aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida, so dali impresivne rezultate glede odpornosti proti obrabi, upogibna trdnost in trdota. Vzorci ZTA, izpostavljeni večkratnim ciklom v simulatorju kolka, so pokazali minimalno degradacijo z znatno nižjo hrapavostjo površine kot monolitne komponente cirkonijevega dioksida.
Komponente ZTA so se izkazale za primerne za zahtevne aplikacije v avtomobilski proizvodnji (orodja za vroče in hladno oblikovanje, valji za zapiranje pločevink in nastavki); energetika (ležaji, vložki za odprtine in iskalci vrtincev); predelava hrane (homogeniziranje delov črpalke); in energetika. Njihove mehanske lastnosti so odvisne od številnih spremenljivk: načini priprave, ki se uporabljajo za pripravo praškov; metode sušenja, uporabljene med žganjem; tehnike oblikovanja, sprejete med tehnikami sintranja; prilagojeno oblikovanje; med drugim dodani aditivi in porazdelitev velikosti delcev.
Odlična moč
Keramika ZTA uporablja transformacijo zaradi napetosti za integracijo cirkonijevega oksida v matriko aluminijevega oksida, povečanje moči in vzdržljivosti skozi čas. Zaradi tega je ZTA odlična keramična rešitev za industrijske aplikacije, ki zahtevajo žilavost, visoka odpornost proti koroziji, toleranca na toplotni šok in toleranca na toplotni šok.
Pod obremenitvijo, tetragonalne metastabilne usedline v kubičnem aluminijevem oksidu se nenadoma spremenijo v monoklinične delce, ki povečajo njegovo lomno žilavost z ustvarjanjem tlačnih površinskih plasti, ki se oprimejo razpok v njegovi matriki..
Transformacijsko kaljenje je pojav, znan kot lomno kaljenje, pri čemer povečana lomna žilavost aluminijevega oksida povzroči krajšo dolžino razpoke, manj razpok, in izboljšane interakcije z že obstoječimi mikrorazpokami. To omogoča kombinacije ležajev trdo na trdo in trdo na mehko, ki se uporabljajo v sodobni medicinski keramiki, kot so nadomestki kolkov. Nadalje, Z itrijem stabilizirani cirkonijevi vsadki, znani kot y-TZP, zagotavljajo zaščito pred obrabo skozi čas.