Walang Kapantay na Tigas Sa Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Mga keramika

Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Ipinagmamalaki ng mga keramika ang walang kapantay na katigasan. Ipinagmamalaki nila ang superior wear resistance, chemical inertness at mababang friction para sa walang hirap na pagganap sa araw-araw na gawain – hindi banggitin ang mas mataas na tigas at higpit kaysa sa mga metal.

Ang ZTA ay kinabibilangan ng metastable tetragonal zirconia polycrystal agglomerates sa isang alumina matrix na sumasailalim sa stress-induced phase transformation sa monoclinic form sa ilalim ng stress, kaya dispersing shear strain at paghinto ng crack propagation, karaniwang kilala bilang transformation toughening.

Lumalaban sa Kaagnasan

Nag-aalok ang ZTA ng napakahusay na paglaban sa kemikal kumpara sa purong alumina at kayang tiisin ang matinding temperatura nang walang pagkasira, ginagawa itong perpektong materyal na pagpipilian para sa mga pang-industriyang aplikasyon sa malupit na kapaligiran at kundisyon.

Ang katigasan ng ZTA ay pinahusay ng mga particle ng zirconia na nagkakalat at sumisipsip ng enerhiya, pagtulong na maiwasan ang pag-crack. Kapag doped na may yttrium oxide, Ang zirconia ay nagbabago mula sa metastable na tetragonal phase hanggang sa monoclinic sa panahon ng stress upang lumikha ng mga compressive stress na nagpapataas ng tibay ng bali.

Ang mga ceramics na nakabatay sa Zirconia tulad ng ZTA ay naglalaman ng mga particle ng alumina upang labanan ang thermal shock. Nagbibigay-daan ito upang makayanan ang mabilis na pagbabago ng temperatura nang walang pag-crack o pagkabigo sa mga application na may mataas na performance tulad ng paggiling at pagputol; ang mababang linear at torsional expansion nito ay nagbibigay ng mga natitirang kakayahan sa pagdadala ng pagkarga at mga kakayahan sa pagganap. Ipinagmamalaki ng ZTA 2-3 beses na mas malakas ang tensile strength kumpara sa purong alumina habang may mababang linear/torsional expansion coefficients para sa pambihirang load bearing capacities at performance capabilities.

Mataas na Katigasan

Pinagsasama ng ZTA ang lakas at tibay ng alumina na may zirconia toughening para sa isang pambihirang materyal para sa hinihingi na mga aplikasyon. Ang kumbinasyong ito ay nag-aalok ng walang kapantay na lakas, tibay ng bali, pagkalastiko at tigas na mga katangian sa isang pakete.

Natuklasan ni Claussen sa 1976 na ang pagdaragdag ng hindi matatag na zirconia sa alumina ay makabuluhang nagpapataas ng tibay ng bali nito, dahil sa tetragonal-monoclinic transformation ng dispersed fine tetragonal precipitates na nagkalat sa loob ng matrix nito. Ang mga ganitong metastable precipitates ay pinipigilan mula sa pagbabago hanggang sa mailabas ng isang papalapit na crack front o iba pang mapagkukunan ng kaluwagan mula sa kanilang pagpilit., tulad ng sa pamamagitan ng pagtunaw.

Hot-pressed 10mol% yttria-stabilized zirconia (10YSZ), reinforced na may alinman sa particulates o platelets na naglalaman ng mula sa 0 sa 30wt% na nilalaman ng alumina ay sumailalim sa mahigpit na lakas, fracture toughness at mabagal na crack growth na mga pagsubok sa 1000C sa hangin. Ipinakita ng mga resulta na ang maximum flexural strength at fracture toughness para sa platelet composites ay natamo gamit ang content na ito ng komposisyon.

Mataas na Tensile Strength

Ang zirconia ceramics ay nag-aalok ng pambihirang kumbinasyon ng lakas, katatagan, at kagalingan sa maraming bagay na higit na nakahihigit sa tradisyonal na teknikal na mga keramika. Ang mga pormulasyon ng zirconia tulad ng ZTA ay nagbibigay ng mga solusyon para sa pinakamahirap na aplikasyon ngayon mula sa mga bahagi ng aerospace na nagtitiis sa malupit na kapaligiran hanggang sa mga susunod na henerasyong biomedical implant na idinisenyo para sa mahabang buhay – pagbibigay ng mga mapagkakatiwalaang solusyon para sa mga pangangailangan ngayon.

Ang ZTA ay namumukod-tangi sa iba pang mga materyales dahil sa napakahusay nitong flexural strength, katigasan ng bali at paglaban sa pagpapalaganap ng crack dahil sa metastable na tetragonal phase nito. Ang pagbabagong ito sa monoclinic zirconia sa mababang temperatura ay pinipiga ang zone sa unahan ng isang crack front upang ihinto ang karagdagang paglaki.

Yttria Bahagyang Nagpapatatag na Zirconia (Y-TZP) at Cerium Partially Stabilized Zirconia (Ano-TZP) nagpapakita ng mga pambihirang katangian ng katigasan na katulad ng ZTA dahil sa pagpapanatili ng tetragonal phase sa pamamagitan ng pagpapanatili ng yttria o cerium sa mas mababang temperatura, pinahihintulutan ang pagbabago sa isang mas napapamahalaang hanay ng temperatura at nagpapakita ng mas kaunting pinsala sa ibabaw sa panahon ng cyclic loading test kaysa sa mga katapat na Alumina.

Mababang Friction

Ang Zirconia ay isa sa pinakamahirap na engineering ceramics na magagamit at ang mababang friction properties nito ay nakakatulong sa pagtaas ng wear resistance habang binabawasan ang mga kinakailangan sa lubrication.

Ang ZTA ceramics ay naglalaman ng alumina para sa maximum na tibay. Nagbibigay-daan ito sa metastable na yttria-stabilised tetragonal zirconia particle sa isang alumina matrix na manatiling hindi nagbabago., nananatiling crystalized sa pamamagitan ng isang interwoven network ng mga butil.

Tinitiyak ng kinokontrol na komposisyon at mga kondisyon ng pagproseso na ang kusang pagbabagong tetragonal-to-monoclinic ay hindi magaganap sa paglamig mula sa sintering temperature, nag-aambag sa multi-hit na kakayahan sa pagsubok sa tibay ng bali. Higit pa rito, mataas na homogeneity sa alumina-zirconia composites na may maliit na laki ng butil ay nagreresulta sa mas mababang crack energy na kung saan ay isinasalin sa mas maikling haba ng crack sa panahon ng mga pagsubok sa indentation ng brilyante.

Mataas na Thermal Expansion

Ang puwersa ng pagbubuklod ng alumina matrix ay nagbibigay-daan upang maiwasan ang mga particle ng tetragonal zirconia mula sa paglipat sa monoclinic zirconia sa paglamig., kaya gumagawa 10 nunal % yttria-stabilized zirconia-alumina composites matatag at walang basag.

Ang pagdaragdag ng cerium sa zirconia ay nagbibigay-daan sa bahagyang pagpapatatag (Ano-TZP). Pinapanatili ng Ce-TZP ang tetragonal phase nito sa temperatura ng silid at makabuluhang pinatataas ang pagiging matigas, bali toughness at flexural strength kumpara sa tradisyonal na dental ceramic na materyales.

Zirconia Toughened Alumina composites incorporating Ce-TZP, yttria-stabilized zirconia (Y-TZP), o magnesia-stabilized zirconia (Mg-PSZ) nagpapakita ng pambihirang tibay na higit pa sa alumina at monolithic zirconia, ginagawang perpektong kandidato ang ZTA para sa mga hinihingi na aplikasyon tulad ng mga medikal na implant, mga bahagi ng aerospace at makinarya sa industriya. Ipinagmamalaki din ng ZTA ang maraming katangian ng paglaban sa kemikal na nagpoprotekta dito laban sa mga acid, mga solusyon sa asin, nilusaw na asin alkalis pati na rin ang mataas na temperatura.