Alumini i ngurtësuar me Zirkoni – Forca e zgjeruar për Përsosmëri Industriale

Alumini i ngurtësuar me Zirkoni (ZTA) është një qeramikë e jashtëzakonshme, dallohet nga qëndrueshmëria e lartë dhe rezistenca ndaj thyerjes për shkak të grimcave të zirkonit të stabilizuara me ytria të shpërndara nëpër një matricë alumini.

Ky material mund të përballojë ndryshimet e shpejta të temperaturës pa u plasaritur ose thyer, i reziston korrozionit kimik dhe ofron rezistencë të shkëlqyer ndaj goditjeve termike.

Rezistencë e shkëlqyer ndaj korrozionit

Qeramika ZTA ofron një ekuilibër ideal midis forcës dhe vlerës, duke qenë më i fortë se produktet e aluminit, por më pak i kushtueshëm se zirkonia e pastër. Vetitë e tyre mekanike – rezistencë ndaj thyerjes, Forca dhe fortësia në përkulje si dhe rezistenca ndaj goditjeve termike – i bëjnë ato të përshtatshme për prodhimin e veglave industriale si rrotat prerëse.

ZTA arrin vetitë e saj superiore për shkak të shtimit të zirkonit të stabilizuar me ytria (YSZ) grimcat brenda një matrice alumini. Kur shpërndahet në mënyrë të barabartë në të gjithë, YSZ ndihmon në optimizimin e qëndrueshmërisë ndaj thyerjes dhe rezistencës në tërheqje të të dy elementëve duke rezultuar në rezistencë të jashtëzakonshme ndaj konsumit, inertiteti kimik në temperaturën e dhomës dhe vetitë e fortësisë/fortësisë së rrëmbimit të nxehtë për një material qeramik të jashtëzakonshëm.

Produktet ZTA’ vetitë mekanike varen shumë nga rrugët e tyre të përpunimit për prodhimin e pluhurave, duke përfshirë trajtimet termike, metodat e kalcinimit, teknikat e tharjes dhe proceset e sinterimit si dhe formësimi i përshtatur me aditivë të shtuar gjatë prodhimit. Të gjithë këta faktorë kanë një efekt të menjëhershëm në fuqinë e tyre, vetitë e elasticitetit dhe fortësisë.

Rezistencë e shkëlqyer ndaj goditjeve termike

Qeramika ZTA ofron rezistencë të shkëlqyer ndaj goditjes termike, duke i bërë ato një zgjedhje të shkëlqyer për aplikimet e hapësirës ajrore që kërkojnë nivele të larta të forcës, ashpërsia, dhe inertiteti kimik. Kur shpërndahet në mënyrë uniforme brenda një matrice alumini, YSZ mund të optimizohet. Një qeramikë e tillë zirconia-alumini e forcuar me transformim që ne ofrojmë është BIOLOX delta e cila mund të përdoret për komponentët që mbajnë ngarkesën e ortopedisë si zëvendësimet e ijeve.

Transformimi i shkaktuar nga stresi nga struktura tetragonale metastabile në strukturën monoklinike të YSZ prodhon zgjerim të vëllimit dhe tendosje prerëse që kundërshtojnë përhapjen e plasaritjes, duke rritur rezistencën ndaj thyerjes duke përmirësuar njëkohësisht forcën në përkulje. Performanca e një qeramike të tillë të ngurtësuar me transformim të aluminit-YSZ varet nga kushtet e përpunimit, si dhe nga stoikiometria e oksideve përbërëse në procesin e sinterizimit..

Kushtet e sinterizimit të kontrolluara dobët mund të rezultojnë në forcë të ulët në përkulje dhe homogjenitet të dobët të një matrice alumini-YSZ, potencialisht për shkak të bllokimit të ajrit ose grumbullimit të grimcave. Duke shtuar aditivë të tillë si itria ose oksidet e magnezit, dikush mund të reduktojë temperaturën e transformimit tetragonal në monoklinik dhe të përmirësojë vetitë sinteruese të zirkonit.

Rezistencë e shkëlqyer ndaj konsumit

ZTA jo vetëm që shkëlqen për sa i përket rezistencës ndaj goditjes termike dhe rezistencës ndaj korrozionit, por është gjithashtu shumë rezistent ndaj konsumit për shkak të mekanizmit të mbështjelljes së transformimit të fazës tetragonale-monklinike. Për më tepër, Studimet in vitro kanë zbuluar se komponentët ZTA janë më pak të prirur ndaj degradimit hidrotermik – diçka me rëndësi të madhe në qeramikën e kokës së femurit dhe filxhanit për zëvendësimin e ijeve (siç është delta BIOLOX e prodhuar nga CeramTec).

Testet e simuluara të konsumit të kryera në komponentët ZTA të bërë nga materiale të përbërë alumini-zirkoni kanë prodhuar rezultate mbresëlënëse për sa i përket rezistencës ndaj konsumit, forca në përkulje dhe fortësi. Mostrat ZTA të ekspozuara ndaj cikleve të shumta në simulatorin e ijeve treguan degradim minimal me vrazhdësi të sipërfaqes dukshëm më të ulët se përbërësit monolit të zirkonisë.

Komponentët ZTA janë dëshmuar të përshtatshme për aplikime kërkuese në prodhimin e automobilave (vegla formimi të nxehtë dhe të ftohtë, rula dhe kapëse për mbylljen e kanaçeve); industria e energjisë (kushinetat, futjet e vrimave dhe gjetësit e vorbullave); përpunimi i ushqimit (pjesë të pompës homogjenizuese); dhe industria e energjisë. Vetitë e tyre mekanike varen nga shumë variabla: rrugët e përgatitjes që përdoren për përgatitjen e pluhurave; metodat e tharjes të përdorura gjatë kalcinimit; teknikat e formësimit të adoptuara gjatë teknikave të sinterimit; formësimi i përshtatur; aditivët e shtuar dhe shpërndarja e madhësisë së grimcave ndër të tjera.

Forca e shkëlqyer

Qeramika ZTA përdor transformimin e shkaktuar nga stresi për të integruar zirkoninë në një matricë alumini, duke rritur forcën dhe qëndrueshmërinë me kalimin e kohës. Kjo e bën ZTA një zgjidhje të shkëlqyer qeramike për aplikime industriale që kërkojnë rezistencë, rezistencë e lartë ndaj korrozionit, toleranca ndaj goditjes termike dhe toleranca ndaj goditjes termike.

Nën tendosje, precipitatet metastabile tetragonale në alumin kub pësojnë një transformim të menjëhershëm në grimca monoklinike të cilat rrisin qëndrueshmërinë e tyre ndaj thyerjes duke krijuar shtresa sipërfaqësore kompresive që ngjiten në çarje brenda matricës së saj.

Forcimi i transformimit është një fenomen i njohur si forcimi i thyerjes, ku rritja e rezistencës ndaj thyerjes së aluminit rezulton në gjatësi më të shkurtër të çarjes, më pak plasaritje, dhe ndërveprimet e përmirësuara me mikroçarjet ekzistuese. Kjo lejon kombinimet e kushinetave të forta dhe të forta të buta të cilat përdoren në qeramikën moderne të klasës mjekësore si zëvendësimet e ijeve. Për më tepër, Implantet zirkoni të stabilizuara me ittrium të njohur si y-TZP ofrojnë mbrojtje nga konsumimi me kalimin e kohës.