Avancerad seghet för industriella applikationer

Zirconia härdad aluminiumoxid (ZTA) keramiska komponenter kombinerar hårdheten och styrkan hos aluminiumoxid med zirkoniumoxids överlägsna brottseghet för att leverera prestanda och livslängd för industriella applikationer.

Stressinducerad transformation av fina tetragonala zirkoniumoxidpartiklar inbäddade i en aluminiumoxidmatris leder till ZTA-material med överlägsen styrka och seghet, lämplig för användning i olika tuffa miljöer.

Seghet

ZTA-material kombinerar hårdheten hos aluminiumoxid med zirkoniumoxids seghet för oöverträffad motståndskraft mot slitage och nötning. Denna effekt är möjlig genom stressinducerad transformationshärdning: när du är stressad, zirkoniumoxidpartiklar övergår från sin metastabila tetragonala fas till stabil monoklinisk form; volymexpansion orsakad av denna strukturella förändring hjälper till att stänga eventuella sprickor i en aluminiumoxidmatris och ökar segheten avsevärt.

ZTA innehåller zirkoniumoxidplättar som kärnor till en aluminiumoxidmatris under sintring, förbättrar brottsegheten och styrkan samtidigt som den ökar brottsegheten, skapa ett material med större böjhållfasthet än Y-TZP och upp till dubbelt så cyklisk utmattningshållfasthet. Denna kombination av seghet från aluminiumoxid i kombination med zirkoniumoxidstyrka gör ZTA till ett utmärkt materialval för industriella applikationer som kräver skadebeständighet.

Varaktighet

Zirconia härdad aluminiumoxid (ZTA) har enastående böj- och tryckhållfastheter, med låg termisk expansion motsvarande aluminiumoxid och enastående slitstyrka.

Zirkoniumoxidhärdad aluminiumoxid skapas genom att tillsätta tetragonala zirkoniumoxidkorn via stressinducerad transformation till en hård aluminiumoxidmatris, inkapslar dem i sin struktur samtidigt som de begränsar deras omvandling till lokala områden istället för att spridas överallt.

Denna mekanism gör aluminiumoxid-zirkoniumoxidkompositer mycket mer hållbara än monolitiska zirkoniumoxider på grund av deras motståndskraft mot vattenabsorption genom kemisorption; monolitisk zirkoniumoxid kan absorbera polära vattenmolekyler som leder till lågtemperaturnedbrytning och slutligen nedbrytning efter långvarig användning.

ZTA, å andra sidan, är speciellt konstruerad för att underlätta denna tetragonala till monoklina transformation genom strukturella egenskaper och kemiska tillsatser. CeramTec marknadsför Biolox Delta ZTA som ett exempel; denna formulering innehåller yttriumoxid och strontiumaluminat för att underlätta härdningsmekanismer i sin zirkoniumoxidfas och har följaktligen mindre risk för lågtemperaturnedbrytning samtidigt som den tål högtemperaturmiljöer.

Korrosionsbeständighet

ZTA-keramik erbjuder överlägsen korrosionsbeständighet jämfört med sina motsvarigheter i aluminiumoxid och kan därför användas i utrustning som utsätts för tuffa miljöer. Dessutom, ZTA tål högre temperaturer samtidigt som den erbjuder större kemisk stabilitet.

Garvie et al (1975) visade att lägga till 10-20% ostabiliserad zirkoniumoxid kan avsevärt förbättra segheten jämfört med aluminiumoxid, genom transformationshärdning. Denna process inträffar när fint dispergerade tetragonala metastabila fällningar övergår till monoklinisk zirkoniumoxid under stress, vilket orsakar volymexpansion som komprimerar sprickor och saktar eller stoppar deras utbredning.

Denna mekanism liknar den för deformationsinducerade spänningar; dock, för att orsaka fasförändringar måste spänningsfältet vara tillräckligt stort; för sprickor i ZTA-exemplar kommer denna energi från böjspänningar vid brottställen.

Värmebeständighet

Zirconia Toughened Alumina har en exceptionellt hög smältpunkt och korrosionsbeständighet, vilket gör det till det idealiska materialet för utrustning som ofta utsätts för höga temperaturer. Dessutom, denna variant har större friktionsmotstånd än vanlig aluminiumoxid, hjälper till att minska slitaget på utrustning som utsätts för högre nivåer av kinetisk energi.

ZTA-keramik skapas genom stressinducerad omvandling av tetragonala zirkoniumoxidpartiklar till en aluminiumoxidmatris, skapar tryckspänningar inom dem som förhindrar sprickutbredning, ökar både styrka och seghet samtidigt som den ger termisk chockbeständighet utan brott eller sprickor. De har utmärkt motståndskraft mot värmechock; motstå snabba temperaturförändringar utan brott eller sprickor under påkänning.

Zirkoniumoxidhärdad aluminiumoxid har många användningsområden inom flera industrier på grund av dess stora uppsättning egenskaper. Maskinteknik använder det för pumpkomponenter och tätningar; halvledarbearbetning använder det på grund av dess termiska stabilitet och styrka; flyg, bil- och kraftindustrin använder det som motordelar på grund av dess motståndskraft mot korrosion och starka kemikalier; den tål till och med höga böjstyrkor för tandimplantat!