Цирконій, загартований оксид алюмінію для розширених застосувань

ZTA - це глиноцирконієвий композитний матеріал, відрізняються високою міцністю і міцністю. Виготовляється шляхом індукованого напругою перетворення дрібних тетрагональних частинок діоксиду цирконію в матриці оксиду алюмінію.

Цирконієва кераміка - чудовий технічний матеріал, має відмінну твердість, термостійкість, зносостійкість і робочі середовища, де багато інших видів кераміки не можуть працювати. Метали та пластики просто неможливо порівняти. Крім того, Цирконієва кераміка також демонструє виняткову твердість для виготовлення інструментів.

Сила

ZTA виділяється серед керамічних матеріалів винятковою міцністю та міцністю, зносостійкість, хімічна інертність, низький коефіцієнт тертя, високе співвідношення твердість/жорсткість і відносно низький коефіцієнт теплового розширення порівняно з більшістю інших – що робить його ідеальним матеріалом для таких застосувань, як ріжучі інструменти. Крім того, його біосумісність також робить ZTA привабливим вибором матеріалу.

ZTA визначається високорівномірним розподілом тетрагональних частинок діоксиду цирконію в матриці оксиду алюмінію. Це досягається за допомогою складних методів змішування, таких як кульове подрібнення та високоенергетичне подрібнення.; після змішування порошки можуть бути сформовані в призначений компонент за допомогою сухого пресування, ізостатичне пресування, технології лиття під тиском або екструзії.

Цирконій, розсіяний у матриці оксиду алюмінію, покращує в’язкість до руйнування, поглинаючи та розсіюючи енергію розтріскування, відомий як трансформаційна жорсткість. Цирконій також сприяє підвищенню зносостійкості, створюючи стискаючі напруги, які запобігають поширенню тріщин – відомий як самозаточування – робить ZTA чудовим вибором матеріалу для шліфувальних кругів.

Жорсткість

Цирконій, загартований оксид алюмінію (ZTA) Кераміка може похвалитися вражаючою міцністю та стійкістю до зламу, що робить їх ідеальними для використання в різних програмах і середовищах. Ця надзвичайна стійкість походить від фазового перетворення тонкого матеріалу під впливом стресу, рівномірно дисперговані тетрагональні частинки діоксиду цирконію, дисперговані в матриці оксиду алюмінію; напруга індукує фазову трансформацію для створення мереж мікротріщин з оксиду цирконію та алюмінію, які поглинають енергію поширення тріщин, ефективно затримуючи їх поширення, підвищуючи стійкість до руйнування (Клаузен 1976).

ZTA виділяється своєю надзвичайною стійкістю до термічного удару. Завдяки унікальному поєднанню тетрагонально-моноклінного фазового складу, ця кераміка може витримувати різкі зміни температури без тріщин або руйнування, в той час як трансформація діоксиду цирконію в його метастабільну тетрагональну форму, спричинена напругою, створює напруги стиску, які протидіють утворенню тріщин у його матриці оксиду алюмінію та значно підвищують ударну в’язкість, тим самим додатково підвищуючи продуктивність ZTA.

ZTA може похвалитися не тільки своєю силою, тетрагонально-моноклінна структура і висока в'язкість руйнування, але також низький коефіцієнт теплового розширення (CTE), що робить його придатним для застосувань, що вимагають екстремальних температур або середовищ, де стабільність розмірів має вирішальне значення, наприклад прецизійні компоненти або електронні пакети.

ZTA виділяється серед матеріалів для медичних імплантатів завдяки поєднанню хімічної стійкості, механічні властивості та стійкість до корозії під дією напруги у воді або рідинах організму, що робить його основним кандидатом для медичних імплантатів, таких як ортопедичні головки стегнової кістки та вкладиші вертлюжної западини. Біоматеріал BioLOX Delta є одним із таких прикладів; широко використовується під час ортопедичних операцій для обох застосувань.

Стійкість до корозії

ZTA може похвалитися чудовими властивостями оксиду алюмінію та цирконію, що робить його високостійким як до хімічного впливу, так і до зносу, що робить його ідеальним для застосування в середовищах, схильних до корозії, або повторюваних тертя або механічних навантажень.

Поєднання твердості оксиду алюмінію з міцністю діоксиду цирконію забезпечує відмінні трибологічні властивості, які забезпечують чудову зносостійкість у компонентах із великими навантаженнями та довгостроковим використанням., наприклад, ортопедичні імпланти, ріжучі інструменти та зносостійкі компоненти, що використовуються в управлінні рідинами (напрямні нитки, підшипники, насадки тощо). Ця комбінація особливо застосовна в медичних і промислових умовах, таких як ортопедичні імплантати, ріжучі інструменти або управління рідиною (різьбонаправляючі підшипники насадки тощо).

Підвищену міцність на руйнування ZTA можна пояснити його дрібно розподіленими частинками діоксиду цирконію в його глиноземній матриці. Коли тріщини починають поширюватися, коли їх енергія зростає і поширюється далі, ці тетрагональні зерна діоксиду цирконію піддаються фазовому перетворенню, щоб поглинути та розсіяти його як частину механізму трансформаційної жорсткості – отже, покращується в’язкість руйнування цього матеріалу.

Успіх у виробництві кераміки ZTA полягає у використанні високоякісних порошків диоксиду цирконію та глинозему без домішок. Спікання необхідно контролювати, щоб уникнути спонтанного перетворення тетрагонального діоксиду цирконію в моноклінний під час охолодження та мінімізувати утворення метастабільної моноклінної фази, яка чутлива до хемосорбції з молекулами води, що призводить до низькотемпературної деградації протягом тривалого використання; Процес спікання кераміки ZTA від Saint-Gobain ZirPro був спеціально розроблений, щоб уникнути таких небажаних явищ. На щастя, кераміка ZTA від Saint-Gobain ZirPro ceramic розроблена спеціально для запобігання подібним явищам. –

Термічна стабільність

Цирконій, загартований оксид алюмінію (ZTA) може витримувати різкі зміни температури без тріщин або руйнування, завдяки частинкам діоксиду цирконію, диспергованим у матриці оксиду алюмінію, поглинаючи теплову енергію та створюючи стискаючі напруги, що запобігає розтріскування та руйнування. Тому що ZTA так ефективно поглинає теплову енергію, цей матеріал є чудовим вибором для застосувань, які вимагають стійкості до високих температур.

Додавання діоксиду цирконію до матриці оксиду алюмінію може збільшити міцність на руйнування, одночасно покращуючи механічні властивості, такі як міцність і зносостійкість. Підвищена в’язкість до руйнування в ZTA пояснюється індукованим напругою перетворенням з метастабільної тетрагональної фази в моноклінну фазу за температури навколишнього середовища; ефект посилюється меншими розмірами зерен діоксиду цирконію, ніж у оксиду алюмінію.

Стабілізатори часто використовуються для збереження тетрагональної фази диоксиду цирконію в матеріалах ZTA, таких як Biolox Delta; проте, Подібні результати можуть бути досягнуті без стабілізаторів з точки зору розподілу частинок і в'язкості руйнування.

Поєднання оксиду алюмінію та цирконію створює вдосконалену кераміку, яка перевершує міцність, в'язкість руйнування, еластичність і твердість – характеристики, важливі для застосувань, що вимагають структурних характеристик і стійкості до корозії. Кераміка ZTA, як правило, перевершує 99% глиноземної кераміки є економічно ефективним, але ефективніше задовольняє потреби конкретного застосування; їх співвідношення можна навіть спеціально підібрати.