Alumini i ngurtësuar me Zirkoni

Zirkoni e forcoi aluminin (ZTA) është një material qeramik i avancuar i përdorur gjerësisht në vulat e valvulave, tufat, komponentët e pompës dhe mjetet prerëse për shkak të forcës dhe stabilitetit kimik të saj – siç dëshmohet nga aftësia e tij për të përballuar ngarkesa të rënda pa degradim të konsiderueshëm.

ZTA krenohet me rezistencë mbresëlënëse ndaj goditjeve termike dhe mund të përballojë ndryshime të papritura në ndryshimet e temperaturës, si dhe luhatjet e shpejta të temperaturës. Lexoni për të mësuar më shumë rreth vetive të tij mekanike!

Fortësia

Zirkoni i shtuar në një matricë alumini rrit fortësinë e tij, qëndrueshmëria në thyerje dhe forca në përkulje duke rritur rezistencën ndaj konsumit dhe erozionit. Mekanizmi i përfshirë zakonisht është transformimi fazor i ndjekur nga formimi i mikroçarjeve, por mund të përfshijë gjithashtu teoritë e teorisë së stresit sipas rastit..

Precipitat e zirkonisë tetragonale metastabile që formojnë shpërndarje të imët brenda një matrice alumini mund t'i nënshtrohen transformimit spontan në forma monoklinike kur kufizimi i tyre hiqet gjatë përhapjes së çarjes., duke siguruar energji kundër fushave të stresit duke nxitur përhapjen e çarjeve.

Qeramika ZTA ka rezistencë dhe fortësi superiore ndaj thyerjes në krahasim me qeramika të tjera inxhinierike me bazë oksidi, si dhe dyfishi i forcës së lodhjes ciklike të Y-TZP. Si i tillë, vetitë e tij e bëjnë atë të përshtatshëm për aplikime që kërkojnë rezistencë ekstreme ndaj konsumit, inertiteti kimik dhe fërkimi i ulët, si dhe forca dhe ngurtësia e lartë.

Forca përkulëse

Qeramika ZTA mund të bëhet duke ndryshuar raportin e zirkonit të stabilizuar me ytria (Y-TZP) brenda një matrice alumini duke përdorur presim izostatik të nxehtë, për të optimizuar kombinimet fortësi-fortësi në thyerje-forcë përkulëse që rezultojnë në rezistencë të pashembullt ndaj lodhjes ciklike duke tejkaluar qeramikën teknike më të avancuar.

Y-TZP metastabile në një matricë alumini rezulton në formimin e aglomerateve të fazës së transformimit tetragonal-monoklinik të cilët rrisin qëndrueshmërinë e thyerjes përmes ngurtësimit të transformimit fazor (Clausen 1976). Preferohet kalimi i çarjeve, këto aglomerate tranzicioni do të ngjeshin zonën përpara pjesës së përparme të plasaritjes dhe do të zvogëlojnë përparimin e saj, duke rritur përfundimisht rezistencën ndaj thyerjes.

Kjo strukturë materiale ka çuar në krijimin e përbërjeve të aluminit-zirkonit si BIOLOX Delta, përdoret gjerësisht për zëvendësimet totale të ijeve dhe komponentë të tjerë ortopedikë me ngarkesë. Ky biomaterial qeramik ka rezistencë të jashtëzakonshme ndaj konsumit, inertiteti kimik në temperaturën e dhomës, Rezistencë ndaj goditjeve termike dhe inerte të shkëlqyer kimike në të gjitha temperaturat.

Rezistenca ndaj korrozionit

Kimikisht inerte dhe rezistent ndaj temperaturave të larta dhe konsumit, ofron performancë superiore në krahasim me 99 qeramika alumini dhe është gjithashtu më ekonomike.

Zirkoni gjithashtu krenohet me forcë tërheqëse mbresëlënëse, vetitë e përkuljes dhe elasticitetit dhe biokompatibiliteti – duke e bërë atë ideal për përdorime mjekësore si zëvendësimet e ijeve. Për shkak të forcimit të transformimit në kushte stresi, grimcat e zirkonisë ndryshojnë nga forma tetragonale metastabile në formë monoklinike, duke ndihmuar në mbylljen e çarjeve në mënyrë më efikase duke rritur rezistencën ndaj thyerjes.

CeramTec (Biolox Delta) komercializon një përbërje alumini-zirkoni ku zirkonia e pastabilizuar mbetet në fazën tetragonale për të menaxhuar këtë transformim dhe për të siguruar zbehjen e majës së çarjes dhe devijimin e plasaritjes, përmirësimi i qëndrueshmërisë së matricës së aluminit. Përmbajtja e zirkonit në material mund të ndryshohet përmes teknikave të përgatitjes së pluhurit dhe densifikimit.

Rezistenca ndaj goditjeve termike

Zirkoni i shtuar në një matricë primare të aluminit gjatë sinterimit mund të rrisë ndjeshëm forcën dhe qëndrueshmërinë e tij, duke krijuar atë që njihet si ZTA (Alumini i ngurtësuar me Zirkoni), ja kalon qeramikës së zakonshme të aluminit si në aplikimet mekanike ashtu edhe në ato të konsumit.

Alumini i ngurtësuar me zirkon shquhet për vetitë e saj të jashtëzakonshme si fortësia e lartë e nxehtësisë dhe forca në rrëmbim, inertiteti kimik në temperaturën e dhomës, shpejtësi të ulët të zgjerimit termik dhe rezistencë të shkëlqyer ndaj goditjes termike – veti ideale për komponentët e bluarjes si dhe pjesët e konsumimit që kërkojnë mekanizma ftohës.

CeramTec tregton një ZTA të quajtur Biolox delta që përmban një matricë alumini me grimca të shpërndara Y-TZP (17 pesha/wt%) dhe trombocitet aluminat stroncium (0.5 pesha/wt%), duke siguruar një kombinim efektiv të mekanizmave të transformimit të fazës tetragonale në monoklinike dhe mekanizmave të devijimit të plasaritjes për të siguruar rezistencë të përmirësuar, gjë që e bën këtë ideal për procedurat primare THA në sipërfaqet mbajtëse të femurit.

Izolimi Elektrik

Alumini i ngurtësuar me zirkon mund t'i rezistojë goditjes termike pa plasaritur ose thyer nën ndryshime të papritura të temperaturës, në sajë të grimcave të shpërndara të aluminit të shpërndara brenda matricës së saj që thithin energjinë termike dhe gjenerojnë strese shtypëse që parandalojnë thyerjet.

Qeramika e aluminit-zirkonit është më e dendur se homologu i saj i pastër me zirkon, duke e bërë atë ideal për aplikime të izolimit elektrik. Për më tepër, Zgjerimi i tij më i ulët termik se zirkonia e bën atë të përshtatshëm për pjesët që kërkojnë ftohje.

Forcimi i transformimit të përbërjeve të aluminit-zirkonit ofron përparësi shtesë; këtu, Kokrrat e zirkonisë në një matricë alumini i nënshtrohen një faze metastabile ku kokrrat e tyre i nënshtrohen transformimit nga struktura tetragonale në ato monoklinike., duke ulur kështu plasaritjen e shkaktuar nga stresi duke rritur rezistencën ndaj gërryerjes dhe goditjes. Zirkoni i ngurtësuar me alumin zakonisht ndodh përmes reaksionit piroforik që përfshin Zirkoniumin(IV) oktahidrat oksid, Nitrat alumini Nanohidrat Trietilamine dhe HNO3(Acidi nitrik); rritja e madhësisë së grimcave ndihmon më tej shpërndarjen e kokrrave të zirkonisë metastabile.