Alumini i ngurtësuar me Zirkoni për Aplikime të Avancuara

ZTA është një material i përbërë nga alumini-zirkonia, dallohet nga forca dhe qëndrueshmëria superiore. Prodhuar përmes transformimit të shkaktuar nga stresi i grimcave të imëta tetragonale të zirkonisë në një matricë alumini.

Qeramika me zirkon janë materiale teknike të jashtëzakonshme, mburret me fortësi të shkëlqyer, qëndrueshmëri termike, rezistenca ndaj konsumit dhe mjedise funksionimi ku shumë qeramika të tjera nuk mund të funksionojnë. Metalet dhe plastika thjesht nuk mund të krahasohen. Për më tepër, Qeramikat e zirkonisë shfaqin gjithashtu fortësi të jashtëzakonshme për veglat e prodhimit.

Forca

ZTA shquhet midis materialeve qeramike me forcën dhe qëndrueshmërinë e jashtëzakonshme, rezistencë ndaj konsumit, inertiteti kimik, koeficienti i ulët i fërkimit, raport i lartë fortësi/ngurtësi dhe koeficient relativisht i ulët i zgjerimit termik në krahasim me shumicën e të tjerëve – duke e bërë atë një material ideal për aplikime të tilla si veglat prerëse. Për më tepër, biokompatibiliteti i tij gjithashtu e bën ZTA një zgjedhje tërheqëse materiale.

ZTA përcaktohet nga shpërndarja e saj shumë uniforme e grimcave tetragonale të zirkonisë brenda një matrice alumini. Kjo realizohet duke përdorur teknika të sofistikuara të përzierjes si bluarja me top dhe bluarja me fërkim me energji të lartë; Pasi të përzihen së bashku, pluhurat mund të formohen në përbërësin e synuar duke përdorur presim të thatë, presimi izostatik, teknikat e formimit me injeksion ose të nxjerrjes.

Zirkoni i shpërndarë në të gjithë një matricë alumini përmirëson qëndrueshmërinë e thyerjes duke thithur dhe shpërndarë energjinë e plasaritjes, i njohur si forcimi i transformimit. Zirkoni gjithashtu kontribuon në rezistencën ndaj konsumit duke prodhuar sforcime kompresive që parandalojnë përhapjen e çarjeve – i njohur si vetë-mprehës – duke e bërë ZTA një zgjedhje të shkëlqyer materiali për bluarjen e rrotave.

Fortësia

Alumini i ngurtësuar me Zirkoni (ZTA) qeramika mburret me forcë mbresëlënëse dhe rezistencë ndaj thyerjes, duke i bërë ato të përsosura për t'u përdorur në një sërë aplikacionesh dhe mjedisesh. Kjo elasticitet i jashtëzakonshëm vjen nga transformimi i fazës së mirë të shkaktuar nga stresi, grimca zirkonike tetragonale të shpërndara në mënyrë uniforme të shpërndara brenda një matrice alumini; stresi nxit transformimin e fazës për të prodhuar rrjete mikroçarjesh të zirkonisë-aluminit që thithin energjinë e përhapjes së çarjeve duke vonuar në mënyrë efektive përhapjen e tyre duke rritur rezistencën ndaj thyerjes (Clausen 1976).

ZTA shquhet për rezistencën e saj të jashtëzakonshme ndaj goditjes termike. Falë kombinimit të tij unik të përbërjes së fazës tetragonale-monoklinike, kjo qeramikë mund të përballojë ndryshimet e shpejta të temperaturës pa u plasaritur ose thyer, ndërsa transformimi i shkaktuar nga stresi i zirkonisë në formën e tij tetragonale metastabile gjeneron sforcime kompresive që kundërshtojnë formimin e çarjeve brenda matricës së tij të aluminit dhe rrisin ndjeshëm qëndrueshmërinë duke rritur më tej performancën e ZTA.

ZTA krenohet jo vetëm me fuqinë e saj, struktura tetragonal-monoklinike dhe rezistencë e lartë në thyerje, por edhe një koeficient të ulët të zgjerimit termik (CTE), duke e bërë atë të përshtatshëm për aplikime që kërkojnë temperatura ekstreme ose mjedise ku stabiliteti i dimensioneve është thelbësor, siç janë komponentët e saktë ose paketat elektronike.

ZTA dallohet në mesin e materialeve implantare mjekësore për shkak të kombinimit të rezistencës kimike, vetitë mekanike dhe rezistencën ndaj korrozionit të ndihmuar nga stresi në ujë ose lëngje trupore, duke e bërë atë një kandidat kryesor për implantet mjekësore si kokat e femurit ortopedik dhe veshjet acetabulare. Biomaterial BioLOX Delta është një shembull i tillë; përdoret gjerësisht gjatë operacioneve ortopedike për të dy aplikimet.

Rezistenca ndaj korrozionit

ZTA krenohet me vetitë superiore të aluminit dhe zirkonit, duke e bërë atë shumë rezistent si ndaj sulmeve kimike ashtu edhe ndaj konsumit, duke e bërë atë të përsosur për aplikime që përfshijnë mjedise të prirura ndaj korrozionit ose fërkime të përsëritura ose stres mekanik.

Kombinimi i fortësisë së aluminit me rezistencën e zirkonisë rezulton në veti të shkëlqyera tribologjike që krijojnë rezistencë të shkëlqyer ndaj konsumit në komponentët me ngarkesa të rënda dhe përdorim afatgjatë, siç janë implantet ortopedike, mjetet prerëse dhe komponentët rezistente ndaj konsumit të përdorura në menaxhimin e lëngjeve (udhëzuesit e fijeve, kushinetat, gryka etj). Ky kombinim është veçanërisht i zbatueshëm në mjediset mjekësore dhe industriale si implantet ortopedike, mjetet prerëse ose menaxhimi i lëngjeve (udhëzues fije kushineta grykë etj).

Rezistenca e zgjeruar e ZTA-së në thyerje mund t'i atribuohet grimcave të saj të zirkonit të shpërndara imët në matricën e saj të aluminit. Kur plasaritjet fillojnë të përhapen, kur energjia e tyre rritet dhe përhapet më tej, këto kokrra zirkonike tetragonale i nënshtrohen transformimit fazor për ta thithur dhe shpërndarë atë si pjesë e një mekanizmi forcimin e transformimit – duke përmirësuar kështu rezistencën ndaj thyerjes së këtij materiali.

Suksesi në prodhimin e qeramikës ZTA qëndron në përdorimin e pluhurave të zirkonisë dhe aluminit me cilësi premium pa papastërti. Sinterizimi duhet të kontrollohet për të shmangur transformimin spontan të zirkonit tetragonal në monoklinik gjatë ftohjes dhe për të minimizuar formimin e fazës monoklinike metastabile, e cila është e ndjeshme ndaj kimisorbimit me molekulat e ujit që çon në degradim të temperaturës së ulët gjatë përdorimit afatgjatë.; Procesi i sinterizimit të qeramikës ZTA të Saint-Gobain ZirPro u krijua posaçërisht për të shmangur fenomene të tilla të padëshirueshme. Fatmirësisht qeramika ZTA e qeramikës Saint-Gobain ZirPro është projektuar posaçërisht për të parandaluar ndodhjen e fenomeneve të tilla –

Stabiliteti termik

Alumini i ngurtësuar me Zirkoni (ZTA) mund të përballojë ndryshimet e shpejta të temperaturës pa plasaritje ose thyerje, në sajë të grimcave të zirkonisë të shpërndara brenda një matrice alumini që thith energjinë e nxehtësisë dhe krijon strese kompresive që parandalojnë plasaritjen dhe dështimin. Sepse ZTA thith energjinë termike në mënyrë kaq efektive, ky material bën një zgjedhje të shkëlqyer për aplikime që kërkojnë rezistencë ndaj temperaturave të larta.

Shtimi i zirkonisë në një matricë alumini mund të rrisë qëndrueshmërinë ndaj thyerjes duke përmirësuar njëkohësisht vetitë mekanike si forca dhe rezistenca ndaj konsumit. Rritja e rezistencës ndaj thyerjes në ZTA i atribuohet transformimit të shkaktuar nga stresi nga faza tetragonale metastabile në fazën monoklinike në temperaturat e ambientit; një efekt i përforcuar nga përmasat më të vogla të kokrrave të zirkonisë sesa ato në alumin.

Stabilizuesit përdoren shpesh për të ruajtur fazën tetragonale të zirkonisë në materialet ZTA si Biolox Delta; megjithatë, rezultate të ngjashme mund të arrihen pa stabilizues për sa i përket shpërndarjes së grimcave dhe rezistencës ndaj thyerjes.

Një kombinim i aluminit dhe zirkonit krijon një qeramikë të avancuar që shkëlqen në forcë, rezistencë ndaj thyerjes, elasticiteti dhe fortësia – karakteristikat thelbësore për aplikimet që kërkojnë performancë strukturore dhe rezistencë ndaj korrozionit. Qeramika ZTA ka tendencë të jetë më e mirë 99% qeramika e aluminit është me kosto efektive ndërsa plotëson nevojat specifike të aplikimit në mënyrë më efikase; raporti i tyre madje mund të përshtatet në mënyrë specifike.