загартований оксид цирконію довів свої кращі механічні властивості порівняно з монолітним оксидом цирконію, включаючи міцність на руйнування та міцність на вигин. Стабільність ZTA зумовлена його матричною фазою, яка захищає та обмежує перетворення тетрагональних зерен діоксиду цирконію, допомагаючи йому протистояти деградації в гідротермальних умовах in vivo.
Міцність на згин
Шляхом додавання діоксиду цирконію до глиноземної кераміки, створено загартований оксид цирконію. Цей матеріал має чудову міцність на вигин і механічну міцність у ситуаціях, які цього вимагають, а також протистоїть хімічній корозії, а також впливу біологічних рідин.
Загартований оксид цирконію оксид алюмінію може витримувати швидкі коливання температури завдяки частинкам оксиду цирконію, розсіяним у матриці оксиду алюмінію, поглинаючи теплову енергію та створюючи напруги стиску для запобігання розтріскування, що робить його придатним для використання в різних промислових застосуваннях, таких як компоненти печей і паротурбінні двигуни.
Ця композитна кераміка поєднує в собі вражаючі якості оксиду алюмінію та цирконію для забезпечення додаткової міцності та стійкості до термічного удару, з чудовою твердістю, міцність на вигин, в'язкість до руйнування та зносостійкість, що перевершують 99% чистий оксид алюмінію з точки зору твердості, міцність і зносостійкість.
В'язкість до руйнування
Цирконій підвищує міцність руйнування глиноземної кераміки за рахунок трансформаційного зміцнення. При ударі, метастабільний діоксид цирконію, стабілізований ітрієм, перетворюється на моноклінну кристалічну структуру, яка створює напругу стиску, що запобігає поширенню тріщин.
Загартований оксид цирконію є ідеальним матеріалом для створення ріжучих інструментів завдяки своїй твердості, термостійкість і стійкість до тертя. Крім того, його чудові механічні властивості значно сприяють довговічності та надійності.
ZTA, виготовлений за допомогою гелевого лиття, має виняткову міцність на вигин, в'язкість руйнування, біосумісність і стійкість до тепла/корозії, що робить його придатним для хірургічної операції по заміні кульшового суглоба. За допомогою процесів гелевого лиття також можна адаптувати параметри твердості, в’язкості до руйнування та міцності на вигин, змінюючи рівні навантаження суспензії., товщина прес-форми або параметри температури спікання для максимізації результатів.
Криві напруження-деформації
цирконієвий загартований оксид алюмінію має чудову міцність і зносостійкість, а також виняткову жорсткість для підтримки великих навантажень без деформації під тиском. Крім того, він може похвалитися чудовою стійкістю до термічного удару, що дозволяє йому витримувати різкі коливання температури без погіршення якості.
Вміст діоксиду цирконію вище певної межі збільшує погіршення старіння через мікротріщини, що утворюються під час охолодження після спікання, які діють як переважні шляхи для проникнення води в керамічний матеріал, що призводить до утворення мікротріщин під час охолодження, які служать переважними шляхами для його проникнення та поширення в нього. І навпаки, коли нижче цього порогу, частинки діоксиду цирконію зазнають індукованого напругою перетворення з тетрагональної фази в моноклінну фазу, що зменшує старіння деградації.
Міцність на розрив
Цирконієвий загартований оксид алюмінію є міцним і міцним матеріалом з чудовою зносостійкістю та термостабільністю., що робить його придатним для компонентів, які потребують охолодження. Додатково, термічно стабільні поверхні, такі як ця, забезпечують термоконтроль, а також опір тертю, що робить їх ідеальним вибором для матеріалів.
Під стресом, ZTA піддається фазовому перетворенню від тетрагональної до моноклінної, що запобігає поширенню тріщин і підвищує в'язкість до руйнування, але деякі дослідження показують, що збільшення нестабілізованого діоксиду цирконію призводить до зниження міцності на розрив.
Кераміка ZTA зазвичай містить 10%-20% діоксид цирконію, що дозволяє адаптувати його спеціально для кожного застосування. ZTA біосумісний, термостійкий, стійкий до корозії, досить міцний, щоб витримати тиск, економічно ефективна альтернатива чистій цирконієвій кераміці та може витримувати високі температури без погіршення. Виробники ущільнювачів клапанів зазвичай обирають його через його стійкість до корозії та здатність утримувати тиск – усі якості ідеально підходять для застосування ущільнень клапанів.
Ударна міцність
Загартований оксид цирконію оксид алюмінію є високостійким до корозії та має виняткову механічну міцність, що робить їх придатними для застосувань, які вимагають одночасно твердості та міцності. Крім того, ZTA пропонує економію коштів порівняно з чистою цирконієвою керамікою.
Поєднання оксиду алюмінію та цирконію створює кераміку з вищою міцністю на вигин, в'язкість руйнування, і зносостійкість, ніж чистий глинозем. Він може витримувати більші навантаження та удари і часто використовується як модернізація стандартного глинозему в конструкціях, які потребують додаткових функцій.
Трансформаційне зміцнення пояснює цю підвищену міцність; в умовах стресу, частинки діоксиду цирконію змінюють свою тетрагональну форму на моноклінну і розширюються, стискаючи тріщини в матриці оксиду алюмінію, що призводить до більшої міцності на вигин, ніж YSZ (Малюнки 6c і d).
Стійкість до корозії
Поєднання глинозему та цирконію в кераміці ZTA забезпечує чудову стійкість до корозії порівняно з чистою керамікою 99% тільки глиноземні матеріали, і має чудову твердість, в'язкість руйнування, міцність на вигин, і властивості твердості, ніж у своїх конкурентів.
ZTA відрізняється винятковою стійкістю до зносу та стирання, а також хімічною сумісністю, що робить його ідеальним для промислового застосування, де потрібна висока механічна міцність. Крім того, комбінація матеріалів може похвалитися чудовою стійкістю до термічного удару, що дозволяє швидко змінювати температуру без розтріскування чи руйнування.
Частинки діоксиду цирконію, додані до матриці оксиду алюмінію, підвищують її міцність на руйнування за рахунок трансформаційного зміцнення, ефект, спричинений навантаженням на частинки діоксиду цирконію, які змінюють структуру кристала з тетрагональної на моноклінну під дією напруги стиснення, створюють стискаючі напруги, які перешкоджають поширенню тріщини і значно підвищують її в'язкість руйнування.
Стійкість до термічного удару
загартований оксид цирконію – це вдосконалена кераміка, яка поєднує оксид алюмінію та цирконій. Щоб створити ZTA, діоксид цирконію вводиться в основну матрицю глинозему перед спіканням для додаткової міцності та стійкості до термічного удару порівняно з традиційною глиноземною керамікою; крім того, він може похвалитися високою твердістю, міцність на вигин, і щільність, ніж його аналог.
Механізм зміцнення ZTA включає індуковане напругою фазове перетворення від тетрагональної до моноклінної кристалічної структури частинок діоксиду цирконію, підвищення міцності на руйнування, одночасно захищаючи його від термічного удару та механічного стирання. Загартований оксидом цирконію оксид алюмінію має високу біосумісність і не піддається швидкій корозії, що робить його ідеальним для ущільнень клапанів. Крім того, його висока міцність на вигин дозволяє йому ефективно протистояти тиску тіла.