ความเหนียวขั้นสูงสำหรับงานอุตสาหกรรม

เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง (ซีทีเอ) ส่วนประกอบเซรามิกผสมผสานความแข็งและความแข็งแกร่งของอลูมินาเข้ากับความทนทานต่อการแตกหักที่เหนือกว่าของเซอร์โคเนีย เพื่อมอบประสิทธิภาพและอายุการใช้งานที่ยาวนานสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม.

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดของอนุภาคเซอร์โคเนีย tetragonal ละเอียดที่ฝังอยู่ภายในเมทริกซ์อลูมินานำไปสู่วัสดุ ZTA ที่มีความแข็งแกร่งและความเหนียวที่เหนือกว่า, เหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต่างๆ.

ความเหนียว

วัสดุ ZTA ผสมผสานความแข็งของอลูมินาเข้ากับความเหนียวของเซอร์โคเนียเพื่อความทนทานต่อการสึกหรอและการเสียดสีที่เหนือชั้น. ผลกระทบนี้เกิดขึ้นได้ผ่านการทำให้แข็งตัวของการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียด: เมื่อเครียด, อนุภาคเซอร์โคเนียเปลี่ยนจากเฟสเตตราโกนัลที่แพร่กระจายไปเป็นรูปแบบโมโนคลินิกที่เสถียร; การขยายปริมาตรที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนี้จะช่วยปิดรอยแตกร้าวภายในเมทริกซ์อลูมินาและเพิ่มความเหนียวได้อย่างมาก.

ZTA มีเกล็ดเลือดเซอร์โคเนียที่นิวเคลียสเป็นเมทริกซ์อลูมินาระหว่างการเผาผนึก, ปรับปรุงความเหนียวและความแข็งแรงของการแตกหักในขณะที่เพิ่มความเหนียวในการแตกหัก, การสร้างวัสดุที่มีความแข็งแรงรับแรงดัดงอมากกว่า Y-TZP และมีความแข็งแรงความล้าแบบวงจรสูงถึงสองเท่า. การผสมผสานระหว่างความเหนียวจากอลูมินารวมกับความแข็งแกร่งของเซอร์โคเนียทำให้ ZTA เป็นตัวเลือกวัสดุที่ดีเยี่ยมสำหรับงานอุตสาหกรรมที่ต้องการความต้านทานต่อความเสียหาย.

ความทนทาน

เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง (ซีทีเอ) มีความแข็งแรงในการรับแรงดัดงอและแรงอัดที่โดดเด่น, ด้วยการขยายตัวทางความร้อนต่ำเทียบเท่ากับอลูมินาและคุณสมบัติต้านทานการสึกหรอที่โดดเด่น.

อลูมินาที่มีความแข็งของเซอร์โคเนียถูกสร้างขึ้นโดยการเติมเม็ดเซอร์โคเนียแบบเตตร้าโกนัลผ่านการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดเป็นเมทริกซ์อลูมินาแข็ง, ห่อหุ้มไว้ในโครงสร้างโดยจำกัดการเปลี่ยนแปลงไว้เฉพาะในพื้นที่แทนที่จะแพร่กระจายไปทั่ว.

กลไกนี้ทำให้คอมโพสิตอลูมินา-เซอร์โคเนียมีความทนทานมากกว่าเซอร์โคเนียเสาหินมาก เนื่องจากความต้านทานต่อการดูดซึมน้ำผ่านการดูดซับทางเคมี; เซอร์โคเนียเสาหินสามารถดูดซับโมเลกุลของน้ำขั้วโลก ซึ่งนำไปสู่การย่อยสลายที่อุณหภูมิต่ำและสลายตัวในที่สุดหลังจากการใช้งานในระยะยาว.

ซีทีเอ, ในทางกลับกัน, ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาโดยเฉพาะเพื่ออำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนแปลงจาก tetragonal-to-monoclinic ผ่านคุณสมบัติทางโครงสร้างและสารเคมีเติมแต่ง. CeramTec ทำการตลาด Biolox Delta ZTA เป็นตัวอย่าง; สูตรนี้ประกอบด้วยอิตเทรียและสตรอนเซียมอะลูมิเนตเพื่อช่วยให้กลไกการแข็งตัวง่ายขึ้นภายในเฟสเซอร์โคเนีย และด้วยเหตุนี้ จึงมีความเสี่ยงน้อยลงต่อการเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิต่ำในขณะที่ทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง.

ความต้านทานการกัดกร่อน

เซรามิก ZTA มีความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่าเซรามิกอลูมินา ดังนั้นจึงสามารถใช้ในอุปกรณ์ภายใต้สภาพแวดล้อมที่รุนแรง. นอกจากนี้, ZTA สามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นในขณะที่มีเสถียรภาพทางเคมีมากขึ้น.

การ์วี และคณะ (1975) แสดงให้เห็นว่าการเพิ่ม 10-20% เซอร์โคเนียที่ไม่เสถียรสามารถเพิ่มความเหนียวได้อย่างมากเมื่อเทียบกับอลูมินา, ผ่านการเปลี่ยนแปลงที่แกร่งขึ้น. กระบวนการนี้เกิดขึ้นเมื่อการตกตะกอนแบบ tetragonal metastable ที่กระจายอย่างประณีตเปลี่ยนเป็นเซอร์โคเนียแบบโมโนคลินิกภายใต้ความเครียด ทำให้เกิดการขยายตัวของปริมาตรที่บีบอัดรอยแตกร้าว และชะลอหรือหยุดการแพร่กระจาย.

กลไกนี้คล้ายคลึงกับความเค้นที่เกิดจากการเสียรูป; อย่างไรก็ตาม, เพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟส สนามความเครียดจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอ; สำหรับการแตกร้าวในชิ้นงาน ZTA พลังงานนี้มาจากความเค้นดัดที่จุดแตกหัก.

ทนความร้อน

อลูมินาแกร่งเซอร์โคเนียมีจุดหลอมเหลวและความต้านทานการกัดกร่อนสูงเป็นพิเศษ, ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องสัมผัสกับอุณหภูมิสูงบ่อยครั้ง. นอกจากนี้, ตัวแปรนี้มีความต้านทานต่อการเสียดสีได้ดีกว่าอลูมินามาตรฐาน, ช่วยลดการสึกหรอของอุปกรณ์ที่สัมผัสกับพลังงานจลน์ในระดับที่สูงขึ้น.

เซรามิก ZTA ถูกสร้างขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดของอนุภาคเซอร์โคเนียแบบเตตระโกนัลให้เป็นเมทริกซ์อลูมินา, ทำให้เกิดแรงอัดภายในเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว, เพิ่มทั้งความแข็งแรงและความเหนียวพร้อมทั้งทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนโดยไม่แตกหักหรือแตกร้าว. มีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างดีเยี่ยม; ต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วโดยไม่แตกหักหรือแตกร้าวภายใต้ความเครียด.

อลูมินาที่แกร่งด้วยเซอร์โคเนียมีประโยชน์มากมายในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องมาจากมีคุณสมบัติมากมาย. วิศวกรรมเครื่องกลใช้สำหรับส่วนประกอบปั๊มและซีล; การประมวลผลเซมิคอนดักเตอร์ใช้มันเนื่องจากความเสถียรและความแข็งแรงทางความร้อน; การบินและอวกาศ, อุตสาหกรรมยานยนต์และพลังงานใช้เป็นชิ้นส่วนเครื่องยนต์เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนและสารเคมีที่รุนแรง; มันสามารถทนต่อแรงดัดงอสูงสำหรับการปลูกรากฟันเทียมได้!