Alumini i ngurtësuar me zirkon ka vërtetuar vetitë e saj mekanike superiore në krahasim me zirkonin monolit, duke përfshirë rezistencën ndaj thyerjes dhe forcën në përkulje. Stabiliteti i ZTA rrjedh nga faza e saj e matricës e cila mbron dhe kufizon transformimin e kokrrave tetragonale të zirkonisë, duke e ndihmuar atë të përballojë degradimin në kushte hidrotermale in-vivo.
Forca përkulëse
Duke shtuar zirkoninë në qeramikën e aluminit, Krijohet alumini i ngurtësuar me zirkon. Ky material karakterizohet nga qëndrueshmëri superiore në përkulje dhe qëndrueshmëri mekanike në situatat që e kërkojnë atë, dhe gjithashtu i reziston korrozionit kimik si dhe ekspozimit ndaj lëngjeve trupore.
Alumini i ngurtësuar me zirkon mund t'i rezistojë luhatjeve të shpejta të temperaturës për shkak të grimcave të saj të zirkonisë të shpërndara brenda një matrice alumini që thith energjinë termike dhe krijon strese në shtypje për të parandaluar plasaritjen, duke e bërë atë të përshtatshëm për përdorim në aplikime të ndryshme industriale si komponentët e furrave dhe motorët me turbina me avull.
Kjo qeramikë e përbërë kombinon cilësitë mbresëlënëse të aluminit dhe zirkonit për të dhënë forcë shtesë dhe rezistencë ndaj goditjeve termike, me fortësi të lartë, forca në përkulje, rezistencë ndaj thyerjes dhe rezistencë ndaj konsumit që tejkalojnë 99% alumini i pastër për sa i përket fortësisë, qëndrueshmëri dhe rezistencë ndaj konsumit.
Rezistenca e thyerjes
Zirkoni rrit rezistencën ndaj thyerjes së qeramikës së aluminit përmes forcimit të transformimit. Kur goditet, zirkonia metastabile e stabilizuar me ittrium shndërrohet në struktura kristalore monoklinike të cilat prodhojnë stres shtypës që parandalon përhapjen e çarjeve.
Alumini i ngurtësuar me zirkon është një material ideal për krijimin e veglave prerëse për shkak të fortësisë së saj, qëndrueshmëri termike dhe rezistencë ndaj fërkimit. Për më tepër, vetitë e tij më të larta mekanike kontribuojnë ndjeshëm në qëndrueshmërinë dhe besueshmërinë e tij.
ZTA e prodhuar nëpërmjet gelcasting ka një kombinim të jashtëzakonshëm të forcës në përkulje, rezistencë ndaj thyerjes, biokompatibiliteti dhe rezistenca ndaj nxehtësisë/korrozionit që e bëjnë atë të përshtatshëm për kirurgjinë e zëvendësimit të ijeve. Nëpërmjet proceseve të hedhjes me xhel, është gjithashtu e mundur që të përshtaten parametrat e tij fortësi-fortësi në thyerje-fortësi në përkulje duke ndryshuar nivelet e ngarkimit të ngurtë të llumit, trashësia e mykut ose parametrat e temperaturës së shkrirjes për të maksimizuar rezultatet.
Lakoret stres-sforcim
Materiali alumini i ngurtësuar me zirkon krenohet me forcë dhe rezistencë të lartë ndaj konsumit, si dhe ngurtësi e jashtëzakonshme për të mbajtur ngarkesa të rënda pa u deformuar nën presion. Për më tepër, ai krenohet me rezistencë të shkëlqyer ndaj goditjes termike duke i mundësuar të tolerojë luhatjet e papritura të temperaturës pa pësuar degradim.
Përmbajtja e zirkonit mbi një kufi të caktuar rrit degradimin e plakjes përmes mikroçarjeve të krijuara gjatë ftohjes pas sinterimit që veprojnë si rrugë preferenciale për depërtimin e ujit në materialin qeramik, duke çuar në formimin e mikroçarjeve gjatë ftohjes që veprojnë si rrugë preferenciale për hyrjen dhe përhapjen e tij në të. Anasjelltas, kur nën këtë prag, grimcat e zirkonisë i nënshtrohen transformimit të shkaktuar nga stresi nga faza tetragonale në fazën monoklinike, gjë që redukton degradimin e plakjes.
Rezistenca në tërheqje
Alumini i ngurtësuar me zirkon është material i fortë dhe i qëndrueshëm me rezistencë të shkëlqyeshme ndaj konsumit dhe qëndrueshmëri termike, duke e bërë të përshtatshëm për komponentët që kërkojnë ftohje. Për më tepër, Sipërfaqet termikisht të qëndrueshme si kjo sigurojnë kontroll termik si dhe rezistencë ndaj fërkimit duke i bërë ato zgjedhjen ideale të materialit.
Nën stres, ZTA i nënshtrohet një transformimi fazor nga tetragonal në monoklinik i cili parandalon përhapjen e plasaritjes dhe rrit rezistencën ndaj thyerjes, por disa studime tregojnë se rritja e zirkonisë së pastabilizuar çon në uljen e rezistencës në tërheqje.
Qeramika ZTA zakonisht përmban 10%-20% zirkoni, e cila lejon që ajo të përshtatet në mënyrë specifike për çdo aplikacion. ZTA është biokompatibël, rezistente ndaj temperaturës, rezistente ndaj korrozionit, mjaft e fortë për të përballuar presionin, alternativë me kosto efektive ndaj qeramikës së pastër të zirkonisë dhe mund t'i rezistojë temperaturave të larta pa degradim. Prodhuesit e vulave të valvulave zakonisht e zgjedhin atë për shkak të rezistencës ndaj korrozionit dhe aftësive të mbajtjes së presionit – të gjitha cilësitë ideale për aplikimet e vulave të valvulave.
Forca e ndikimit
Alumini i ngurtësuar me zirkon është shumë rezistent ndaj korrozionit dhe ka forcë të jashtëzakonshme mekanike, duke i bërë ato të përshtatshme për aplikime që kërkojnë fortësi dhe qëndrueshmëri në të njëjtën kohë. Për më tepër, ZTA ofron kursime në kosto mbi qeramikën e pastër zirkonia.
Kombinimi i aluminit dhe zirkonit krijon një qeramikë me forcë më të lartë në përkulje, rezistencë ndaj thyerjes, dhe rezistencë ndaj konsumit sesa alumini i pastër. Mund të përballojë ngarkesa dhe ndikime më të larta dhe shpesh përdoret si një përmirësim mbi aluminin standard në dizajne që kërkojnë veçori shtesë.
Forcimi i transformimit është përgjegjës për këtë forcë të rritur; në kushte stresi, Grimcat e zirkonisë ndryshojnë nga forma e tyre tetragonale në monoklinike dhe zgjerohen, duke kompresuar plasaritjet në një matricë alumini dhe duke çuar kështu në një forcë më të lartë në përkulje sesa YSZ (Figura 6c dhe d).
Rezistenca ndaj korrozionit
Kombinimi i qeramikës ZTA i aluminit dhe zirkonit siguron rezistencë superiore ndaj korrozionit në krahasim me të pastër 99% vetëm materialet e aluminit, dhe ka fortësi të lartë, rezistencë ndaj thyerjes, forca në përkulje, dhe vetitë e fortësisë se konkurrentët e saj.
ZTA përmban rezistencë të jashtëzakonshme ndaj konsumit dhe gërryerjes dhe përputhshmëri kimike, duke e bërë atë ideal për aplikime industriale që kërkojnë qëndrueshmëri të lartë mekanike. Për më tepër, kombinimi i materialeve krenohet me rezistencë të shkëlqyer ndaj goditjes termike duke lejuar ndryshime të shpejta të temperaturës pa plasaritje ose thyerje.
Grimcat e zirkonit të shtuara në një matricë alumini rrisin qëndrueshmërinë e saj ndaj thyerjes përmes forcimit të transformimit, një efekt i shkaktuar nga grimcat stresuese të zirkonisë të cilat ndryshojnë nga strukturat kristalore tetragonale në ato monoklinike kur ekspozohen ndaj stresit në shtypje, duke prodhuar sforcime shtypëse të cilat pengojnë përhapjen e plasaritjes dhe rrisin ndjeshëm rezistencën e saj ndaj thyerjes.
Rezistenca ndaj goditjeve termike
Alumina e fortë me zirkon është një qeramikë e avancuar që kombinon aluminin dhe zirkoninë. Për të krijuar ZTA, zirkonia futet në matricën kryesore të aluminit përpara sinterimit për forcë të shtuar dhe rezistencë ndaj goditjeve termike mbi qeramikën tradicionale të aluminit; për më tepër ai krenohet me fortësi më të lartë, forca në përkulje, dhe densitet se sa homologu i tij.
Mekanizmi i forcimit ZTA përfshin transformimin e fazës të shkaktuar nga stresi nga strukturat kristalore të grimcave zirkonike tetragonale në monoklinike, duke rritur rezistencën ndaj thyerjes duke e mbrojtur atë nga goditja termike dhe gërryerja mekanike. Alumini i ngurtësuar me zirkon është shumë biokompatibël dhe nuk gërryhet shpejt, duke e bërë atë ideal për mbylljen e valvulave. Për më tepër, Forca e tij e lartë në përkulje e lejon atë të përballojë në mënyrë efektive presionin e trupit.