เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง – ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นเพื่อความเป็นเลิศทางอุตสาหกรรม

เซอร์โคเนียอลูมินาแกร่ง (ซีทีเอ) เป็นเซรามิกที่มีความพิเศษ, โดดเด่นด้วยความเหนียวสูงและความต้านทานการแตกหักเนื่องจากอนุภาคเซอร์โคเนียเสถียรของ yttria ที่กระจายตัวผ่านเมทริกซ์อลูมินา.

วัสดุนี้สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วโดยไม่แตกร้าวหรือแตกหัก, ทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีและทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างดีเยี่ยม.

ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม

เซรามิก ZTA มอบความสมดุลในอุดมคติระหว่างความแข็งแกร่งและความคุ้มค่า, มีความแข็งแกร่งกว่าผลิตภัณฑ์อลูมินา แต่มีต้นทุนน้อยกว่าเซอร์โคเนียบริสุทธิ์. คุณสมบัติทางกลของพวกเขา – ความเหนียวแตกหัก, ความแข็งแรงและความแข็งของการดัดงอตลอดจนความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อน – ทำให้เหมาะแก่การทำเครื่องมืออุตสาหกรรม เช่น ใบตัด.

ZTA บรรลุคุณสมบัติที่เหนือกว่าเนื่องจากการเติมเซอร์โคเนียที่ทำให้เสถียรของอิตเทรีย (YSZ) อนุภาคภายในเมทริกซ์อลูมินา. เมื่อกระจายตัวทั่วถึงแล้ว, YSZ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทั้งความแข็ง-ความเหนียวแตกหักและความต้านทานแรงดึงขององค์ประกอบทั้งสอง ส่งผลให้มีความทนทานต่อการสึกหรอเป็นพิเศษ, ความเฉื่อยของสารเคมีที่อุณหภูมิห้องและคุณสมบัติความแข็ง/ความแข็งแรงของการแร็พเจอร์ร้อนสำหรับวัสดุเซรามิกชั้นเยี่ยม.

สินค้าของ ซีทีเอ’ สมบัติทางกลขึ้นอยู่กับเส้นทางการแปรรูปเพื่อผลิตผงเป็นอย่างมาก, รวมถึงการบำบัดด้วยความร้อน, วิธีการเผา, เทคนิคการอบแห้งและกระบวนการเผาผนึก ตลอดจนการปรับรูปร่างด้วยสารเติมแต่งที่เติมระหว่างการผลิต. ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้มีผลทันทีต่อความแข็งแกร่งของพวกเขา, คุณสมบัติความยืดหยุ่นและความแข็ง.

ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยม

เซรามิก ZTA ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีเยี่ยม, ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศที่ต้องการความแข็งแกร่งในระดับสูง, ความเหนียว, และความเฉื่อยทางเคมี. เมื่อกระจายตัวสม่ำเสมอภายในเมทริกซ์อลูมินา YSZ จะสามารถปรับให้เหมาะสมได้. เซรามิกเซอร์โคเนีย-อลูมินาที่ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างหนึ่งที่เรานำเสนอคือ BIOLX delta ซึ่งสามารถพบได้สำหรับส่วนประกอบที่รับน้ำหนักของกระดูก เช่น การเปลี่ยนข้อสะโพก.

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดจากโครงสร้าง tetragonal แบบ metastable ไปเป็น monoclinic ของ YSZ ทำให้เกิดการขยายตัวของปริมาตรและความเครียดเฉือนที่ต่อต้านการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว, เพิ่มความเหนียวในการแตกหักในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงความแข็งแรงของแรงดัดงอไปพร้อมๆ กัน. ประสิทธิภาพของเซรามิกที่แกร่งด้วยการเปลี่ยนรูปของอลูมินา-YSZ นั้นขึ้นอยู่กับสภาวะการประมวลผลและปริมาณสัมพันธ์ของออกไซด์ที่เป็นส่วนประกอบในกระบวนการเผาผนึก.

สภาวะการเผาผนึกที่มีการควบคุมไม่ดีอาจส่งผลให้มีความต้านทานแรงดัดงอต่ำและความสม่ำเสมอของเมทริกซ์อลูมินา-YSZ ต่ำ, อาจเกิดจากการกักเก็บอากาศหรือการรวมตัวของอนุภาค. โดยเติมสารเติมแต่ง เช่น อิตเทรีย หรือแมกนีเซียมออกไซด์, อาจลดอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงของ tetragonal เป็น monoclinic และเพิ่มคุณสมบัติการเผาผนึกของเซอร์โคเนีย.

ทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม

ZTA ไม่เพียงแต่มีความเป็นเลิศในแง่ของความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความต้านทานการกัดกร่อนเท่านั้น, แต่ยังมีความทนทานต่อการสึกหรอสูงด้วยกลไกการห่อหุ้มการเปลี่ยนเฟสแบบเตตราโกนัล-มอนคลินิก. นอกจากนี้, การศึกษาในหลอดทดลองพบว่าส่วนประกอบ ZTA มีแนวโน้มที่จะย่อยสลายด้วยความร้อนน้อยกว่า – สิ่งที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการเปลี่ยนหัวสะโพกเทียมและเซรามิกถ้วย (เช่น BIOLX delta ที่ผลิตโดย CeramTec).

การทดสอบการสึกหรอจำลองที่ดำเนินการกับส่วนประกอบ ZTA ที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตอลูมินา-เซอร์โคเนีย ให้ผลลัพธ์ที่น่าประทับใจในแง่ของความต้านทานการสึกหรอ, ความแข็งแรงและความแข็งของแรงดัดงอ. ตัวอย่าง ZTA ที่สัมผัสกับหลายรอบในเครื่องจำลองสะโพกแสดงให้เห็นการย่อยสลายน้อยที่สุดพร้อมความหยาบผิวต่ำกว่าส่วนประกอบเซอร์โคเนียเสาหินอย่างมีนัยสำคัญ.

ส่วนประกอบ ZTA ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูงในการผลิตยานยนต์ (เครื่องมือขึ้นรูปร้อนและเย็น, ลูกกลิ้งและฝาปิดกระป๋อง); อุตสาหกรรมพลังงาน (ตลับลูกปืน, เม็ดมีดปากและตัวค้นหากระแสน้ำวน); การแปรรูปอาหาร (ชิ้นส่วนปั๊มที่เป็นเนื้อเดียวกัน); และอุตสาหกรรมพลังงาน. คุณสมบัติทางกลขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายอย่าง: เส้นทางการเตรียมที่ใช้ในการเตรียมผง; วิธีการทำให้แห้งที่ใช้ระหว่างการเผา; เทคนิคการสร้างรูปร่างที่นำมาใช้ระหว่างเทคนิคการเผาผนึก; รูปร่างที่เหมาะ; เพิ่มสารเติมแต่งและการกระจายขนาดอนุภาคอื่นๆ.

ความแข็งแกร่งที่ยอดเยี่ยม

เซรามิก ZTA ใช้การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเครียดเพื่อรวมเซอร์โคเนียเข้ากับเมทริกซ์อลูมินา, เพิ่มความแข็งแกร่งและความทนทานเมื่อเวลาผ่านไป. ทำให้ ZTA เป็นโซลูชันเซรามิกที่ยอดเยี่ยมสำหรับงานอุตสาหกรรมที่ต้องการความเหนียว, ความต้านทานการกัดกร่อนสูง, ความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันและความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน.

ภายใต้ความเครียด, การตกตะกอนแบบ tetragonal metastable ในอลูมินาลูกบาศก์ผ่านการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันเป็นอนุภาคโมโนคลินิก ซึ่งเพิ่มความเหนียวในการแตกหักโดยการสร้างชั้นพื้นผิวอัดที่ยึดติดกับรอยแตกภายในเมทริกซ์.

การแข็งตัวของการเปลี่ยนแปลงเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแข็งตัวของการแตกหัก, โดยที่ความเหนียวของการแตกหักของอลูมินาที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความยาวของรอยแตกสั้นลง, รอยแตกร้าวน้อยลง, และปรับปรุงการโต้ตอบกับ microcracks ที่มีอยู่แล้ว. ช่วยให้สามารถผสมตลับลูกปืนแบบแข็งต่อแข็งและแข็งต่ออ่อนได้ ซึ่งใช้ในเซรามิกเกรดทางการแพทย์สมัยใหม่ เช่น การเปลี่ยนข้อสะโพก. นอกจากนี้, วัสดุปลูกถ่ายเซอร์โคเนียเสถียรของอิตเทรียมที่เรียกว่า y-TZP ให้การปกป้องจากการสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไป.