Zirconia härdad aluminiumoxid för avancerade applikationer

ZTA är ett aluminiumoxid-zirkoniumoxidkompositmaterial, kännetecknas av överlägsen styrka och seghet. Producerad genom stressinducerad transformation av fina tetragonala zirkoniumoxidpartiklar i en aluminiumoxidmatris.

Zirconia keramik är anmärkningsvärda tekniska material, med utmärkt hårdhet, termisk stabilitet, slitstyrka och driftsmiljöer där många andra keramer inte kan prestera. Metaller och plaster kan helt enkelt inte jämföras. Dessutom, Zirkoniumkeramik uppvisar också enastående hårdhet för tillverkning av verktyg.

Styrka

ZTA utmärker sig bland keramiska material med sin exceptionella styrka och seghet, slitstyrka, kemisk tröghet, låg friktionskoefficient, högt förhållande mellan hårdhet och styvhet och relativt låg värmeutvidgningskoefficient jämfört med de flesta andra – vilket gör det till ett idealiskt material för applikationer som skärverktyg. Dessutom, dess biokompatibilitet gör också ZTA till ett attraktivt materialval.

ZTA definieras av dess mycket enhetliga fördelning av tetragonala zirkoniumoxidpartiklar i en aluminiumoxidmatris. Detta uppnås med hjälp av sofistikerade blandningstekniker som kulfräsning och högenerginötningsfräsning; när de väl har blandats kan pulvren sedan formas till sin avsedda komponent genom torrpressning, isostatisk pressning, formsprutnings- eller extruderingstekniker.

Zirkoniumoxid spridd genom en aluminiumoxidmatris förbättrar brottsegheten genom att absorbera och avleda sprickenergi, känd som transformationshärdning. Zirkoniumoxid bidrar också till slitstyrka genom att producera tryckspänningar som förhindrar sprickutbredning – känd som självskärpning – vilket gör ZTA till ett utmärkt materialval för slipskivor.

Seghet

Zirconia härdad aluminiumoxid (ZTA) keramik har imponerande styrka och brottseghet, vilket gör dem perfekta för användning i en rad applikationer och miljöer. Denna anmärkningsvärda motståndskraft kommer från stressinducerad fasomvandling av fin, likformigt dispergerade tetragonala zirkoniumoxidpartiklar dispergerade i en aluminiumoxidmatris; spänning inducerar fasomvandling för att producera mikrospricknätverk av zirkoniumoxid-aluminiumoxid som absorberar energi från sprickutbredning och effektivt fördröjer spridningen samtidigt som motståndskraften mot sprickor ökar (Clausen 1976).

ZTA sticker ut på grund av sin enastående motståndskraft mot termiska stötar. Tack vare dess unika kombination av tetragonal-monoklin fassammansättning, denna keramik tål snabba temperaturväxlingar utan att spricka eller gå sönder, medan spänningsinducerad omvandling av zirkoniumoxid till dess metastabila tetragonala form genererar tryckspänningar som motverkar bildningen av sprickor i dess aluminiumoxidmatris och avsevärt ökar segheten och därmed ytterligare ökar ZTA:s prestanda.

ZTA skryter inte bara med sin starka, tetragonal-monoklin struktur och hög frakturseghet, men också en låg termisk expansionskoefficient (CTE), vilket gör den lämplig för applikationer som kräver extrema temperaturer eller miljöer där dimensionsstabilitet är avgörande, såsom precisionskomponenter eller elektroniska paket.

ZTA sticker ut bland medicinska implantatmaterial på grund av sin kombination av kemisk resistens, mekaniska egenskaper och spänningsassisterad korrosionsbeständighet i vatten eller kroppsvätskor, vilket gör den till en främsta kandidat för medicinska implantat som ortopediska lårbenshuvuden och acetabular liners. BioLOX Delta biomaterial är ett sådant exempel; används flitigt under ortopediska operationer för båda applikationerna.

Korrosionsbeständighet

ZTA har överlägsna egenskaper hos både aluminiumoxid och zirkoniumoxid, vilket gör den mycket resistent mot både kemiska angrepp och slitage, vilket gör den perfekt för applikationer som involverar korrosionsbenägna miljöer eller upprepad friktion eller mekanisk påfrestning.

Att kombinera hårdheten hos aluminiumoxid med zirkoniumoxidens seghet resulterar i utmärkta tribologiska egenskaper som ger utmärkt slitstyrka i komponenter med tung belastning och långvarig användning, såsom ortopediska implantat, skärverktyg och slitstarka komponenter som används vid vätskehantering (trådledare, kullager, munstycken etc). Denna kombination är särskilt användbar i medicinska och industriella miljöer som ortopediska implantat, skärverktyg eller vätskehantering (gängstyrningar lager munstycken mm).

ZTA:s förbättrade brottseghet kan tillskrivas dess finfördelade zirkoniumoxidpartiklar i dess aluminiumoxidmatris. När sprickor börjar fortplanta sig, när deras energi ökar och fortplantar sig längre fram, dessa tetragonala zirkoniumoxidkorn genomgår fasomvandling för att absorbera och skingra det som en del av en transformationshärdande mekanism – vilket förbättrar brottsegheten hos detta material.

Framgången med att tillverka ZTA-keramik ligger i att använda högkvalitativa zirkoniumoxid- och aluminiumoxidpulver fria från föroreningar. Sintring måste kontrolleras för att undvika spontan transformation av tetragonal-till-monoklin zirkoniumoxid under kylning och för att minimera metastabil monoklinisk fasbildning som är mottaglig för kemisorption med vattenmolekyler som leder till låg temperaturnedbrytning under långvarig användning; Saint-Gobain ZirPros ZTA-keramiks sintringsprocess skapades speciellt för att undvika sådana oönskade fenomen. Lyckligtvis är Saint-Gobain ZirPro keramikens ZTA-keramik designad speciellt för att förhindra att sådana fenomen inträffar –

Termisk stabilitet

Zirconia härdad aluminiumoxid (ZTA) tål snabba temperaturväxlingar utan att spricka eller gå sönder, tack vare zirkoniumoxidpartiklar dispergerade i en aluminiumoxidmatris som absorberar värmeenergi och skapar tryckspänningar som förhindrar sprickbildning och brott. Eftersom ZTA absorberar värmeenergi så effektivt, detta material är ett utmärkt val för applikationer som kräver hög temperaturbeständighet.

Tillsats av zirkoniumoxid till en aluminiumoxidmatris kan öka brottsegheten och samtidigt förbättra mekaniska egenskaper som styrka och slitstyrka. Den ökade brottsegheten i ZTA kan tillskrivas stressinducerad transformation från metastabil tetragonal fas till monoklinisk fas vid omgivningstemperaturer; en effekt som förstärks av mindre zirkoniumoxidkornstorlekar än de i aluminiumoxid.

Stabilisatorer används ofta för att bevara den tetragonala zirkoniumoxidfasen i ZTA-material såsom Biolox Delta; dock, liknande resultat kan uppnås utan stabilisatorer vad gäller partikelfördelning och brottseghet.

En kombination av aluminiumoxid och zirkoniumoxid skapar en avancerad keramik som utmärker sig i styrka, brottseghet, elasticitet och hårdhet – egenskaper väsentliga för applikationer som kräver strukturell prestanda och korrosionsbeständighet. ZTA-keramik tenderar att överträffa 99% aluminiumoxidkeramik är kostnadseffektiv samtidigt som den uppfyller specifika applikationsbehov mer effektivt; deras förhållande kan till och med skräddarsys specifikt.