Zirconia Toughened Alumina สำหรับการใช้งานขั้นสูง

ZTA เป็นวัสดุคอมโพสิตอลูมินาเซอร์โคเนีย, โดดเด่นด้วยความแข็งแกร่งและความเหนียวที่เหนือกว่า. เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดของอนุภาคเซอร์โคเนียเตตระโกนัลละเอียดในเมทริกซ์อลูมินา.

เซรามิกเซอร์โคเนียเป็นวัสดุทางเทคนิคที่โดดเด่น, มีความแข็งเป็นเลิศ, เสถียรภาพทางความร้อน, ความต้านทานต่อการสึกหรอและสภาพแวดล้อมการทำงานที่เซรามิกอื่นๆ จำนวนมากไม่สามารถทำได้. โลหะและพลาสติกไม่สามารถเปรียบเทียบได้. นอกจากนี้, เซรามิกเซอร์โคเนียยังมีความแข็งที่โดดเด่นในการทำเครื่องมืออีกด้วย.

ความแข็งแกร่ง

ZTA โดดเด่นในหมู่วัสดุเซรามิกด้วยความแข็งแกร่งและความเหนียวเป็นพิเศษ, ความต้านทานการสึกหรอ, ความเฉื่อยทางเคมี, ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ, อัตราส่วนความแข็ง/ความแข็งสูงและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับรุ่นอื่นๆ ส่วนใหญ่ – ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น เครื่องมือตัด. นอกจากนี้, ความเข้ากันได้ทางชีวภาพยังทำให้ ZTA เป็นตัวเลือกวัสดุที่น่าสนใจ.

ZTA ถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของอนุภาคเซอร์โคเนียแบบเตตระโกนัลที่สม่ำเสมอมากภายในเมทริกซ์อลูมินา. ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้เทคนิคการผสมที่ซับซ้อน เช่น การกัดลูกบอลและการกัดการขัดสีพลังงานสูง; เมื่อผสมเข้าด้วยกันแล้ว ผงต่างๆ ก็สามารถก่อตัวเป็นส่วนประกอบที่ต้องการได้โดยใช้การอัดแบบแห้ง, การกดแบบคงที่, เทคนิคการฉีดขึ้นรูปหรือการอัดขึ้นรูป.

เซอร์โคเนียที่กระจายไปทั่วเมทริกซ์อลูมินาช่วยเพิ่มความทนทานต่อการแตกหักโดยการดูดซับและกระจายพลังงานของรอยแตกร้าว, เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงที่แกร่งขึ้น. เซอร์โคเนียยังมีส่วนต้านทานการสึกหรอด้วยการสร้างแรงอัดซึ่งป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว – เรียกว่าการลับคมตัวเอง – ทำให้ ZTA เป็นตัวเลือกวัสดุที่ดีเยี่ยมสำหรับล้อเจียร.

ความเหนียว

เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง (ซีทีเอ) เซรามิกมีความแข็งแกร่งและความเหนียวแตกหักที่น่าประทับใจ, ทำให้สมบูรณ์แบบสำหรับการใช้งานกับแอพพลิเคชั่นและสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย. ความยืดหยุ่นที่น่าทึ่งนี้มาจากการเปลี่ยนแปลงระยะของค่าปรับที่เกิดจากความเครียด, อนุภาคเซอร์โคเนีย tetragonal ที่กระจายตัวสม่ำเสมอกระจายตัวภายในเมทริกซ์อลูมินา; ความเครียดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสเพื่อสร้างเครือข่ายรอยแตกขนาดเล็กของเซอร์โคเนีย-อลูมินาที่ดูดซับพลังงานของการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชะลอการแพร่กระจายในขณะที่เพิ่มความต้านทานการแตกหัก (เคลาเซน 1976).

ZTA โดดเด่นด้วยคุณสมบัติต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน. ด้วยการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ขององค์ประกอบเฟสเตตรากอนอล-โมโนคลินิก, เซรามิกนี้สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วโดยไม่แตกร้าวหรือแตกหัก, ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดของเซอร์โคเนียเป็นรูปแบบ tetragonal ที่แพร่กระจายได้จะทำให้เกิดความเค้นอัดซึ่งต่อต้านการก่อตัวของรอยแตกภายในเมทริกซ์อลูมินา และเพิ่มความแข็งแกร่งอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ ZTA ต่อไป.

ZTA ไม่เพียงแต่มีความแข็งแกร่งเท่านั้น, โครงสร้าง tetragonal-monoclinic และความเหนียวแตกหักสูง, แต่ยังมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำอีกด้วย (ซีทีอี), ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการอุณหภูมิที่สูงหรือสภาพแวดล้อมที่ความเสถียรของมิติเป็นสิ่งสำคัญ, เช่น ส่วนประกอบที่มีความแม่นยำหรือบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์.

ZTA โดดเด่นเหนือวัสดุปลูกถ่ายทางการแพทย์เนื่องจากมีความทนทานต่อสารเคมีผสมผสานกัน, สมบัติทางกลและความเค้นช่วยต้านทานการกัดกร่อนในน้ำหรือของเหลวในร่างกาย, ทำให้เป็นตัวเลือกที่สำคัญสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์ เช่น หัวกระดูกต้นขากระดูกและข้อและแผ่นรองอะซิตาบูล. วัสดุชีวภาพ BioLOX Delta ก็เป็นหนึ่งในตัวอย่างดังกล่าว; ใช้กันอย่างแพร่หลายในระหว่างการผ่าตัดกระดูกและข้อสำหรับทั้งสองการใช้งาน.

ความต้านทานการกัดกร่อน

ZTA มีคุณสมบัติที่เหนือกว่าทั้งอลูมินาและเซอร์โคเนีย, ทำให้ทนทานต่อการโจมตีและการสึกหรอจากสารเคมีได้สูง, ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมที่เสี่ยงต่อการกัดกร่อน แรงเสียดทานซ้ำๆ หรือความเครียดทางกล.

การผสมผสานความแข็งของอลูมินาเข้ากับความเหนียวของเซอร์โคเนียทำให้เกิดคุณสมบัติไทรโบโลยีที่ดีเยี่ยม ซึ่งทำให้มีความทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยมในส่วนประกอบที่รับน้ำหนักมากและการใช้งานในระยะยาว, เช่น การปลูกถ่ายกระดูก, เครื่องมือตัดและส่วนประกอบที่ทนทานต่อการสึกหรอที่ใช้ในการจัดการของเหลว (ไกด์ด้าย, ตลับลูกปืน, หัวฉีด ฯลฯ). การรวมกันนี้ใช้ได้โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมทางการแพทย์และอุตสาหกรรม เช่น การปลูกถ่ายกระดูกและข้อ, เครื่องมือตัดหรือการจัดการของเหลว (ตลับลูกปืน รางด้าย หัวฉีด ฯลฯ).

ความทนทานต่อการแตกหักที่เพิ่มขึ้นของ ZTA เป็นผลมาจากอนุภาคเซอร์โคเนียที่มีการกระจายตัวอย่างละเอียดในเมทริกซ์อลูมินา. เมื่อรอยแตกร้าวเริ่มแพร่กระจาย, เมื่อพลังงานของมันเพิ่มขึ้นและแพร่กระจายต่อไป, เม็ดเซอร์โคเนีย tetragonal เหล่านี้ผ่านการเปลี่ยนเฟสเพื่อดูดซับและกระจายไปโดยเป็นส่วนหนึ่งของกลไกการเปลี่ยนรูปให้แข็งแกร่งขึ้น – จึงช่วยเพิ่มความทนทานต่อการแตกหักของวัสดุนี้.

ความสำเร็จในการผลิตเซรามิก ZTA อยู่ที่การใช้เซอร์โคเนียและผงอลูมินาคุณภาพพรีเมี่ยมที่ปราศจากสิ่งเจือปน. การเผาผนึกต้องได้รับการควบคุมเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงเซอร์โคเนียจากเตตราโกนัลไปเป็นโมโนคลินิกที่เกิดขึ้นเองในระหว่างการทำความเย็น และเพื่อลดการก่อตัวของเฟสโมโนคลินิกที่แพร่กระจายได้ให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งไวต่อการดูดซึมทางเคมีด้วยโมเลกุลของน้ำ ซึ่งนำไปสู่การย่อยสลายที่อุณหภูมิต่ำตลอดการใช้งานในระยะยาว; กระบวนการเผาผนึกเซรามิก ZTA ของ Saint-Gobain ZirPro ถูกสร้างขึ้นเป็นพิเศษเพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์ดังกล่าว. โชคดีที่เซรามิก ZTA ของเซรามิก Saint-Gobain ZirPro ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อป้องกันไม่ให้ปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้น –

เสถียรภาพทางความร้อน

เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง (ซีทีเอ) สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วโดยไม่แตกร้าวหรือแตกหัก, ขอบคุณอนุภาคเซอร์โคเนียที่กระจายตัวภายในเมทริกซ์อลูมินาซึ่งดูดซับพลังงานความร้อนและสร้างความเค้นอัดซึ่งป้องกันการแตกร้าวและความล้มเหลว. เนื่องจาก ZTA ดูดซับพลังงานความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ, วัสดุนี้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง.

การเติมเซอร์โคเนียลงในเมทริกซ์อลูมินาสามารถเพิ่มความเหนียวในการแตกหัก ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงคุณสมบัติทางกล เช่น ความแข็งแรงและความต้านทานการสึกหรอ ไปพร้อมๆ กัน. ความทนทานต่อการแตกหักที่เพิ่มขึ้นใน ZTA เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดจากเฟสเตตร้าโกนัลที่แพร่กระจายได้ไปเป็นเฟสโมโนคลินิกที่อุณหภูมิแวดล้อม; เอฟเฟกต์ขยายด้วยขนาดเม็ดเซอร์โคเนียที่เล็กกว่าขนาดในอลูมินา.

สารเพิ่มความคงตัวมักถูกใช้เพื่อรักษาเฟสเซอร์โคเนียแบบเตตระโกนัลในวัสดุ ZTA เช่น Biolox Delta; อย่างไรก็ตาม, ผลลัพธ์ที่คล้ายกันสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ตัวเพิ่มความคงตัวในแง่ของการกระจายตัวของอนุภาคและความเหนียวของการแตกหัก.

การผสมผสานระหว่างอลูมินาและเซอร์โคเนียทำให้เกิดเซรามิกขั้นสูงซึ่งมีความแข็งแกร่งเป็นเลิศ, ความเหนียวแตกหัก, ความยืดหยุ่นและความแข็ง – ลักษณะสำคัญต่อการใช้งานที่ต้องการสมรรถนะของโครงสร้างและความต้านทานการกัดกร่อน. เซรามิก ZTA มีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพเหนือกว่า 99% อลูมินาเซรามิกมีความคุ้มค่าในขณะที่ตอบสนองความต้องการการใช้งานเฉพาะอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น; อัตราส่วนของพวกเขาสามารถปรับแต่งได้โดยเฉพาะ.