Oöverträffad seghet med Zirconia-härdad aluminiumoxid (ZTA) Keramik

Zirconia härdad aluminiumoxid (ZTA) keramik har oöverträffad seghet. De har överlägsen slitstyrka, kemisk tröghet och låg friktion för enkel prestanda i vardagliga uppgifter – för att inte tala om högre hårdhet och styvhet än metaller.

ZTA involverar metastabila tetragonala zirkoniumoxidpolykristallagglomerat i en aluminiumoxidmatris som genomgår stressinducerad fastransformation till monoklinisk form under stress, sålunda sprider skjuvpåkänning och stoppar sprickutbredning, allmänt känd som transformationshärdning.

Korrosionsbeständig

ZTA erbjuder överlägsen kemisk beständighet jämfört med ren aluminiumoxid och tål extrema temperaturer utan nedbrytning, vilket gör det till det idealiska materialvalet för industriella applikationer i tuffa miljöer och förhållanden.

ZTA:s seghet förstärks av zirkoniumoxidpartiklar som sprider och absorberar energi, hjälper till att förhindra sprickbildning. När dopad med yttriumoxid, zirkoniumoxid ändras från metastabil tetragonal fas till monoklinisk under stress för att skapa tryckspänningar som ökar brottsegheten.

Zirkoniumbaserad keramik som ZTA innehåller aluminiumoxidpartiklar för att motstå värmechock. Detta gör att den tål snabba temperaturförändringar utan att spricka eller misslyckas i högpresterande applikationer som slipning och skärning; dess låga linjära och vridbara expansion ger enastående lastbärande kapacitet och prestanda kapacitet. ZTA skryter 2-3 gånger starkare draghållfasthet jämfört med ren aluminiumoxid samtidigt som de har låga linjära/torsionsutvidgningskoefficienter för exceptionell lastbärande kapacitet och prestanda..

Hög styvhet

ZTA kombinerar styrkan och hållbarheten hos aluminiumoxid med zirkoniahärdning för ett exceptionellt material för krävande applikationer. Denna kombination ger oöverträffad styrka, brottseghet, elasticitet och hårdhetsegenskaper i ett paket.

Claussen upptäckte i 1976 att tillsats av ostabiliserad zirkoniumoxid till aluminiumoxid avsevärt ökar dess brottseghet, på grund av den tetragonala-monoklina omvandlingen av dispergerade fina tetragonala fällningar dispergerade i dess matris. Sådana metastabila fällningar hindras från att förändras tills de släpps av en annalkande sprickfront eller annan källa för befrielse från deras begränsning, till exempel genom att smälta bort.

Varmpressad 10mol % yttriumoxidstabiliserad zirkoniumoxid (10YSZ), förstärkt med antingen partiklar eller blodplättar innehållande från 0 till 30 viktprocent aluminiumoxid utsattes för rigorös hållfasthet, brottseghet och långsam spricktillväxt tester vid 1000C i luft. Resultaten visade att maximal böjhållfasthet och brottseghet för trombocytkompositer uppnåddes med detta sammansättningsinnehåll.

Hög draghållfasthet

Zirconia keramik erbjuder en extraordinär kombination av styrka, elasticitet, och mångsidighet som vida överglänser traditionell teknisk keramik. Zirconia-formuleringar som ZTA tillhandahåller lösningar för dagens svåraste applikationer, allt från rymdkomponenter som tål tuffa miljöer till nästa generations biomedicinska implantat designade för lång livslängd – tillhandahåller pålitliga lösningar för dagens mest akuta behov.

ZTA utmärker sig bland andra material på grund av sin överlägsna böjhållfasthet, brottseghet och motståndskraft mot sprickutbredning på grund av dess metastabila tetragonala fas. Denna omvandling till monoklin zirkoniumoxid vid låg temperatur komprimerar zonen framför en sprickfront för att stoppa ytterligare tillväxt.

Yttria Partially Stabilized Zirconia (Y-TZP) och cerium partiellt stabiliserad zirkoniumoxid (Vad-TZP) uppvisar exceptionella seghetsegenskaper som liknar ZTA på grund av kvarhållandet av tetragonal fas genom att bibehålla yttriumoxid eller cerium vid lägre temperaturer, tillåter omvandling vid ett mer hanterbart temperaturområde och visar mindre ytskador under cykliska belastningstester än aluminiumoxidmotsvarigheter.

Låg friktion

Zirconia är en av de hårdaste tekniska keramerna som finns och dess lågfriktionsegenskaper bidrar till att öka slitstyrkan samtidigt som de minskar smörjkraven.

ZTA-keramik innehåller aluminiumoxid för maximal seghet. Detta gör att metastabila yttriumoxidstabiliserade tetragonala zirkoniumoxidpartiklar i en aluminiumoxidmatris förblir oförändrade, förblir kristalliserade i kraft av ett sammanvävt nätverk av korn.

Kontrollerad sammansättning och bearbetningsförhållanden säkerställer att spontan tetragonal-till-monoklin transformation inte inträffar vid kylning från sintringstemperaturen, bidrar till flerträffsförmåga vid provning av brottseghet. Dessutom, hög homogenitet i aluminiumoxid-zirkoniumoxidkompositer med små kornstorlekar resulterar i lägre sprickenergi, vilket i sin tur leder till kortare spricklängder under diamantintryckningstest.

Hög termisk expansion

Aluminiumoxidmatrisens bindningskraft gör det möjligt för den att förhindra de tetragonala zirkoniumoxidpartiklarna från att övergå till monoklinisk zirkoniumoxid vid kylning, gör alltså 10 mol % yttriumoxidstabiliserade zirkoniumoxid-aluminiumoxidkompositer stabila och sprickfria.

Tillsats av cerium till zirkoniumoxid gör att den delvis stabiliseras (Vad-TZP). Ce-TZP håller sin tetragonala fas vid rumstemperatur och ökar segheten avsevärt, brottseghet och böjhållfasthet jämfört med traditionella dentala keramiska material.

Zirconia härdade aluminiumoxidkompositer som innehåller Ce-TZP, yttriumoxidstabiliserad zirkoniumoxid (Y-TZP), eller magnesiumoxidstabiliserad zirkoniumoxid (Mg-PSZ) uppvisar exceptionell seghet som överträffar både aluminiumoxid och monolitisk zirkoniumoxid, vilket gör ZTA till den perfekta kandidaten för krävande applikationer som medicinska implantat, flygkomponenter och industrimaskiner. ZTA har också många kemiska motståndsegenskaper som skyddar den mot syror, saltlösningar, smälta salter alkalier samt höga temperaturer.