เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง

อลูมินาแกร่งเซอร์โคเนีย (ซีทีเอ) เป็นวัสดุเซรามิกขั้นสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในซีลวาล์ว, บูช, ส่วนประกอบปั๊มและเครื่องมือตัดเนื่องจากความแข็งแรงและความเสถียรทางเคมี – เห็นได้จากความสามารถในการทนทานต่อภาระหนักโดยไม่มีการย่อยสลายอย่างมีนัยสำคัญ.

ZTA มีความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างน่าประทับใจ และสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหันได้, รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว. อ่านต่อเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกล!

ความแข็ง

เซอร์โคเนียที่เติมลงในเมทริกซ์อลูมินาจะเพิ่มความแข็ง, ความเหนียวแตกหักและความแข็งแรงรับแรงดัดงอพร้อมทั้งเพิ่มความต้านทานต่อการสึกหรอและการสึกกร่อน. โดยทั่วไปกลไกที่เกี่ยวข้องคือการเปลี่ยนเฟสตามด้วยการเกิดรอยแตกขนาดเล็ก แต่อาจเกี่ยวข้องกับทฤษฎีทฤษฎีความเครียดตามความเหมาะสม.

การตกตะกอนของเซอร์โคเนีย tetragonal ที่แพร่กระจายได้ซึ่งก่อให้เกิดการกระจายตัวที่ดีภายในเมทริกซ์อลูมินาสามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงได้เองเป็นรูปแบบโมโนคลินิก เมื่อข้อจำกัดของพวกมันถูกยกขึ้นในระหว่างการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว, ให้พลังงานต่อต้านสนามความเครียดที่ทำให้เกิดการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว.

เซรามิก ZTA มีความเหนียวและความแข็งในการแตกหักที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเซรามิกวิศวกรรมที่ใช้ออกไซด์อื่นๆ, เช่นเดียวกับความล้าแบบไซคลิกของ Y-TZP สองเท่า. เช่นนี้, คุณสมบัติทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานการสึกหรอสูง, ความเฉื่อยของสารเคมีและแรงเสียดทานต่ำตลอดจนความแข็งแรงและความแข็งสูง.

ความแข็งแรงของแรงดัดงอ

เซรามิก ZTA สามารถผลิตได้โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนของเซอร์โคเนียที่ทำให้เสถียรโดยอิตเทรีย (Y-TZP) ภายในเมทริกซ์อลูมินาโดยใช้การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน, เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผสมผสานระหว่างความแข็ง-ความเหนียวของการแตกหัก-ความแข็งแรงของแรงดัดงอ ซึ่งส่งผลให้มีความต้านทานความล้าแบบวงจรที่ไม่มีใครเทียบได้เหนือกว่าเซรามิกทางเทคนิคขั้นสูงสุด.

Y-TZP ที่เปลี่ยนแปลงได้ในเมทริกซ์อลูมินาส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเฟสการเปลี่ยนแปลงแบบเตตร้าโกนัล-โมโนคลินิก ซึ่งจะเพิ่มความเหนียวของการแตกหักผ่านการทำให้แข็งตัวของการเปลี่ยนเฟส (เคลาเซน 1976). ข้ามรอยแตกโดยเฉพาะ, การเปลี่ยนแปลงที่เกาะกลุ่มกันเหล่านี้จะบีบอัดโซนที่อยู่ด้านหน้าของรอยแตกร้าวและลดความก้าวหน้าของมัน, ในที่สุดก็จะเพิ่มความเหนียวของการแตกหัก.

โครงสร้างวัสดุนี้นำไปสู่การสร้างคอมโพสิตอลูมินา-เซอร์โคเนีย เช่น BIOLX Delta, ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการเปลี่ยนข้อสะโพกทั้งหมดและส่วนประกอบทางศัลยกรรมกระดูกที่รับน้ำหนักอื่นๆ. วัสดุชีวภาพเซรามิกนี้มีความทนทานต่อการสึกหรอดีเยี่ยม, ความเฉื่อยของสารเคมีที่อุณหภูมิห้อง, ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนและความเฉื่อยของสารเคมีที่ดีเยี่ยมในทุกอุณหภูมิ.

ความต้านทานการกัดกร่อน

เฉื่อยทางเคมีและทนต่ออุณหภูมิและการสึกหรอสูง, มันให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับ 99 อลูมินาเซรามิกและคุ้มค่ากว่าอีกด้วย.

เซอร์โคเนียยังมีความต้านทานแรงดึงที่น่าประทับใจอีกด้วย, คุณสมบัติการดัดงอและความยืดหยุ่นและความเข้ากันได้ทางชีวภาพ – ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ เช่น การเปลี่ยนข้อสะโพก. เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงที่แกร่งขึ้นภายใต้สภาวะความเครียด, อนุภาคเซอร์โคเนียเปลี่ยนจากรูปแบบ tetragonal ที่แพร่กระจายไปเป็นรูปแบบ monoclinic, ช่วยปิดรอยแตกร้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นพร้อมทั้งเพิ่มความเหนียวในการแตกหัก.

เซรัมเทค (ไบโอลอกซ์ เดลต้า) ทำการค้าคอมโพสิตอลูมินา-เซอร์โคเนีย โดยที่เซอร์โคเนียที่ไม่เสถียรยังคงอยู่ในเฟส tetragonal เพื่อจัดการการเปลี่ยนแปลงนี้ และให้ปลายรอยแตกร้าวและการเบี่ยงเบนของรอยแตกร้าว, ปรับปรุงความเหนียวของอลูมินาเมทริกซ์. ปริมาณเซอร์โคเนียของวัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเตรียมผงและเทคนิคการทำให้แน่น.

ความต้านทานการกระแทกด้วยความร้อน

เซอร์โคเนียที่เติมลงในเมทริกซ์อลูมินาหลักระหว่างการเผาผนึกจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความเหนียวได้อย่างมาก, สร้างสิ่งที่เรียกว่า ZTA (เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง), เซรามิกอลูมินาทั่วไปมีประสิทธิภาพเหนือกว่าทั้งในด้านกลไกและการสึกหรอ.

อลูมินาแกร่งของเซอร์โคเนียมีคุณสมบัติโดดเด่น เช่น ความแข็งเมื่อร้อนสูงและความแข็งแรงของความปีติยินดี, ความเฉื่อยของสารเคมีที่อุณหภูมิห้อง, อัตราการขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำและความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างดีเยี่ยม – คุณสมบัติที่เหมาะสำหรับชิ้นงานกัดและชิ้นส่วนที่สึกหรอซึ่งต้องใช้กลไกการระบายความร้อน.

CeramTec ทำการตลาด ZTA ที่เรียกว่า Biolox delta ซึ่งมีเมทริกซ์อลูมินาที่มีอนุภาค Y-TZP กระจายตัว (17 น้ำหนัก/น้ำหนัก%) และเกล็ดเลือดสตรอนเซียมอะลูมิเนต (0.5 น้ำหนัก/น้ำหนัก%), ให้การผสมผสานที่มีประสิทธิภาพระหว่างกลไกการเปลี่ยนเฟสแบบ tetragonal-to-monoclinic และกลไกการโก่งตัวของรอยแตกเพื่อให้มีความเหนียวที่ดีขึ้น, ซึ่งทำให้วิธีนี้เหมาะสำหรับขั้นตอน THA หลักบนพื้นผิวรองรับกระดูกต้นขา.

ฉนวนไฟฟ้า

อลูมินาที่แกร่งด้วยเซอร์โคเนียสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหันได้โดยไม่แตกร้าวหรือแตกหักภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกะทันหัน, ขอบคุณอนุภาคอลูมินาที่กระจายตัวซึ่งกระจายตัวภายในเมทริกซ์ซึ่งดูดซับพลังงานความร้อนและสร้างความเครียดจากแรงอัดที่ป้องกันการแตกหัก.

เซรามิกอลูมินา-เซอร์โคเนียมีความหนาแน่นมากกว่าเซรามิกเซอร์โคเนียบริสุทธิ์, ทำให้เหมาะสำหรับงานฉนวนไฟฟ้า. นอกจากนี้, การขยายตัวทางความร้อนที่ต่ำกว่าเซอร์โคเนียทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการความเย็น.

การแข็งตัวของการเปลี่ยนแปลงของคอมโพสิตอลูมินา-เซอร์โคเนียมีข้อดีเพิ่มเติม; ที่นี่, เมล็ดเซอร์โคเนียในเมทริกซ์อลูมินาผ่านระยะ metastable โดยที่เมล็ดของพวกมันจะผ่านการเปลี่ยนแปลงจากโครงสร้าง tetragonal เป็น monoclinic, จึงลดการแตกร้าวที่เกิดจากความเครียดโดยการเพิ่มความต้านทานต่อการเสียดสีและแรงกระแทก. เซอร์โคเนียที่แข็งตัวของอลูมินามักเกิดขึ้นผ่านปฏิกิริยาไพโรโฟริกที่เกี่ยวข้องกับเซอร์โคเนียม(IV) ออกไซด์ออกตาไฮเดรต, อลูมิเนียมไนเตรตนาโนไฮเดรตไตรเอทิลเอมีนและ HNO3(กรดไนตริก); การเพิ่มขนาดอนุภาคยังช่วยกระจายตัวของเมล็ดเซอร์โคเนียที่แพร่กระจายได้.