สมบัติทางกลของอลูมินาแกร่งเซอร์โคเนีย

อลูมินาแกร่งของเซอร์โคเนียได้พิสูจน์คุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเซอร์โคเนียเสาหิน, รวมถึงความเหนียวแตกหักและแรงดัดงอ. ความเสถียรของ ZTA เกิดจากเฟสเมทริกซ์ซึ่งปกป้องและจำกัดการเปลี่ยนแปลงของเม็ดเซอร์โคเนียแบบเตตระโกนัล, ช่วยให้ทนทานต่อการย่อยสลายภายใต้สภาวะความร้อนในร่างกาย.

ความแข็งแรงของแรงดัดงอ

โดยการเติมเซอร์โคเนียลงในอลูมินาเซรามิก, เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่งถูกสร้างขึ้น. วัสดุนี้มีความแข็งแรงในการรับแรงดัดงอและความทนทานทางกลที่เหนือกว่าในสถานการณ์ที่ต้องการ, และยังทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีตลอดจนการสัมผัสของเหลวในร่างกาย.

อลูมินาแกร่งเซอร์โคเนียสามารถทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วเนื่องจากอนุภาคเซอร์โคเนียกระจายตัวภายในเมทริกซ์อลูมินาเพื่อดูดซับพลังงานความร้อนและสร้างความเค้นอัดเพื่อป้องกันการแตกร้าว, ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในงานอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ส่วนประกอบเตาเผา และเครื่องยนต์กังหันไอน้ำ.

เซรามิกคอมโพสิตนี้ผสมผสานคุณสมบัติที่น่าประทับใจของทั้งอลูมินาและเซอร์โคเนียเข้าด้วยกันเพื่อให้มีความแข็งแรงเป็นพิเศษและต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน, ด้วยความแข็งที่เหนือกว่า, ความแข็งแรงดัด, ความเหนียวแตกหักและความต้านทานการสึกหรอที่เหนือกว่า 99% อลูมินาบริสุทธิ์ในแง่ของความแข็ง, ความเหนียวและความต้านทานการสึกหรอ.

ความเหนียวแตกหัก

เซอร์โคเนียช่วยเพิ่มความทนทานต่อการแตกหักของเซรามิกอลูมินาผ่านการเสริมความแข็งด้วยการเปลี่ยนรูป. เมื่อโดน, เซอร์โคเนียที่เสถียรด้วยอิตเทรียมที่แพร่กระจายได้จะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างผลึกโมโนคลินิกซึ่งก่อให้เกิดความเครียดจากแรงอัดที่ป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว.

อลูมินาชุบแข็งเซอร์โคเนียเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการสร้างเครื่องมือตัดเนื่องจากมีความแข็ง, เสถียรภาพทางความร้อนและความต้านทานต่อแรงเสียดทาน. นอกจากนี้, คุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่ามีส่วนอย่างมากต่อความทนทานและความน่าเชื่อถือ.

ZTA ที่ผลิตผ่านการเจลคาสติ้งมีส่วนผสมที่ลงตัวระหว่างความแข็งแรงรับแรงดัดงอ, ความเหนียวแตกหัก, ความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความต้านทานความร้อน/การกัดกร่อนทำให้เหมาะสำหรับการผ่าตัดเปลี่ยนข้อสะโพก. ด้วยกระบวนการเจลคาสต์ติ้ง ยังสามารถปรับพารามิเตอร์ความแข็ง-ความเหนียวแตกหัก-แรงดัดงอได้โดยการเปลี่ยนระดับการโหลดของแข็งของสารละลาย, ความหนาของแม่พิมพ์หรือพารามิเตอร์อุณหภูมิการเผาผนึกเพื่อให้ได้ผลลัพธ์สูงสุด.

เส้นโค้งความเครียด-ความเครียด

วัสดุอลูมินาแกร่งเซอร์โคเนียมีความแข็งแกร่งและต้านทานการสึกหรอที่เหนือกว่า, ตลอดจนความแข็งแกร่งเป็นพิเศษในการรองรับน้ำหนักมากโดยไม่ทำให้เสียรูปภายใต้แรงกดดัน. นอกจากนี้, มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ทำให้สามารถทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิอย่างกะทันหันโดยไม่เกิดการเสื่อมสภาพ.

ปริมาณเซอร์โคเนียที่เกินขีดจำกัดที่กำหนดจะเพิ่มการเสื่อมสภาพตามอายุผ่านรอยแตกขนาดเล็กที่สร้างขึ้นระหว่างการทำความเย็นหลังจากการเผาผนึก ซึ่งทำหน้าที่เป็นเส้นทางพิเศษสำหรับการเจาะน้ำเข้าไปในวัสดุเซรามิก, นำไปสู่การเกิดรอยแตกขนาดเล็กระหว่างการทำความเย็นซึ่งทำหน้าที่เป็นเส้นทางพิเศษสำหรับการเข้าและการแพร่กระจายเข้าไป. ในทางกลับกัน, เมื่อต่ำกว่าเกณฑ์นี้ อนุภาคเซอร์โคเนียจะเกิดการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดจากเฟส tetragonal ไปเป็นเฟสโมโนคลินิก ซึ่งช่วยลดการเสื่อมสภาพตามอายุ.

ความต้านแรงดึง

อลูมินาแกร่งเซอร์โคเนียเป็นวัสดุแข็งและทนทานพร้อมคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอและเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม, ทำให้เหมาะสมกับส่วนประกอบที่ต้องการความเย็น. นอกจากนี้, พื้นผิวที่มีความเสถียรทางความร้อนเช่นนี้ให้การควบคุมความร้อนตลอดจนความต้านทานการเสียดสีทำให้เป็นตัวเลือกวัสดุในอุดมคติ.

ภายใต้ความเครียด, ZTA ผ่านการเปลี่ยนเฟสจาก tetragonal เป็น monoclinic ซึ่งป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวและเพิ่มความเหนียวของการแตกหัก, แต่การศึกษาบางชิ้นระบุว่าการเพิ่มเซอร์โคเนียที่ไม่เสถียรจะทำให้ความต้านทานแรงดึงลดลง.

โดยทั่วไปแล้วเซรามิก ZTA จะประกอบด้วย 10%-20% เซอร์โคเนีย, ซึ่งทำให้สามารถปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานแต่ละประเภทโดยเฉพาะ. ZTA สามารถเข้ากันได้ทางชีวภาพ, ทนต่ออุณหภูมิ, ทนต่อการกัดกร่อน, แข็งแกร่งพอที่จะทนต่อแรงกดดันได้, ทางเลือกที่คุ้มค่าแทนเซรามิกเซอร์โคเนียบริสุทธิ์ และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงโดยไม่เสื่อมสภาพ. ผู้ผลิตซีลวาล์วมักเลือกใช้เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและความสามารถในการกักเก็บแรงดัน – คุณสมบัติทั้งหมดที่เหมาะสำหรับการใช้งานซีลวาล์ว.

แรงกระแทก

อลูมินาแกร่งเซอร์โคเนียมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงและมีความแข็งแรงเชิงกลที่ยอดเยี่ยม, ทำให้เหมาะกับงานที่ต้องการความแข็งและความเหนียวไปพร้อมๆ กัน. นอกจากนี้, ZTA ช่วยให้คุณประหยัดต้นทุนได้มากกว่าเซรามิกเซอร์โคเนียบริสุทธิ์.

การผสมผสานอลูมินาและเซอร์โคเนียทำให้เกิดเซรามิกที่มีความแข็งแรงรับแรงดัดงอสูงขึ้น, ความเหนียวแตกหัก, และทนต่อการสึกหรอได้ดีกว่าอลูมินาบริสุทธิ์. สามารถรับน้ำหนักและแรงกระแทกได้สูงกว่า และมักใช้เป็นการอัพเกรดเหนืออลูมินามาตรฐานในการออกแบบที่ต้องการคุณสมบัติเพิ่มเติม.

การแข็งตัวของการเปลี่ยนแปลงทำให้เกิดความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นนี้; ภายใต้สภาวะความเครียด, อนุภาคเซอร์โคเนียเปลี่ยนจากรูปทรง tetragonal เป็น monoclinic และขยายตัว, การบีบอัดรอยแตกในเมทริกซ์อลูมินาและทำให้มีความแข็งแรงรับแรงดัดงอสูงกว่า YSZ (รูปที่ 6c และ d).

ความต้านทานการกัดกร่อน

การผสมผสานระหว่างอลูมินาและเซอร์โคเนียของเซรามิก ZTA ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับบริสุทธิ์ 99% วัสดุอลูมินาเพียงอย่างเดียว, และมีความแข็งที่เหนือกว่า, ความเหนียวแตกหัก, ความแข็งแรงดัด, และคุณสมบัติด้านความแข็งมากกว่าคู่แข่ง.

ZTA โดดเด่นด้วยความทนทานต่อการสึกหรอและการเสียดสี และความเข้ากันได้ทางเคมี, ทำให้เหมาะสำหรับงานอุตสาหกรรมที่ต้องการความทนทานทางกลสูง. นอกจากนี้, การผสมผสานระหว่างวัสดุมีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างดีเยี่ยม ช่วยให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วโดยไม่แตกร้าวหรือแตกหัก.

อนุภาคเซอร์โคเนียที่เติมลงในเมทริกซ์อลูมินาจะช่วยเพิ่มความทนทานต่อการแตกหักผ่านการทำให้แข็งตัวของการเปลี่ยนแปลง, ผลกระทบที่เกิดจากความเครียดของอนุภาคเซอร์โคเนียซึ่งเปลี่ยนจากโครงสร้างผลึก tetragonal เป็น monoclinic เมื่อสัมผัสกับความเค้นอัด, ทำให้เกิดแรงอัดซึ่งยับยั้งการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวและเพิ่มความเหนียวในการแตกหักอย่างมีนัยสำคัญ.

ความต้านทานการกระแทกด้วยความร้อน

อลูมินาแกร่งเซอร์โคเนียเป็นเซรามิกขั้นสูงที่รวมอลูมินาและเซอร์โคเนีย. เพื่อสร้าง ZTA, เซอร์โคเนียถูกนำมาใช้ในเมทริกซ์อลูมินาหลักก่อนการเผาผนึกเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนเหนือเซรามิกอลูมินาแบบดั้งเดิม; นอกจากนี้ยังมีความแข็งที่สูงกว่า, ความแข็งแรงดัด, และมีความหนาแน่นมากกว่าคู่กัน.

กลไกการแข็งตัวของ ZTA เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนเฟสที่เกิดจากความเครียดจากโครงสร้างผลึกอนุภาคเตตระโกนัลเป็นโมโนคลินิกเซอร์โคเนีย, เพิ่มความเหนียวแตกหักในขณะที่ปกป้องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและการเสียดสีทางกล. อลูมินาแกร่งเซอร์โคเนียมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูงและไม่เป็นสนิมอย่างรวดเร็ว, ทำให้เหมาะสำหรับซีลวาล์ว. นอกจากนี้, มีความแข็งแรงรับแรงดัดงอสูงทำให้สามารถทนต่อแรงกดของร่างกายได้อย่างมีประสิทธิภาพ.