Цирконій, загартований оксид алюмінію – Покращена міцність для промислової досконалості

Цирконій, загартований оксид алюмінію (ZTA) це виняткова кераміка, відрізняється високою міцністю та стійкістю до руйнування завдяки частинкам діоксиду цирконію, стабілізованим оксидом ітрію, диспергованим у матриці оксиду алюмінію.

Цей матеріал може витримувати різкі перепади температури без тріщин і руйнування, стійкий до хімічної корозії та забезпечує чудову стійкість до термічного удару.

Чудова стійкість до корозії

Кераміка ZTA пропонує ідеальний баланс між міцністю та ціною, будучи міцнішим, ніж вироби з оксиду алюмінію, але менш дорогим, ніж чистий діоксид цирконію. Їх механічні властивості – в'язкість руйнування, міцність на вигин і твердість, а також стійкість до термічного удару – зробити їх придатними для виготовлення промислових інструментів, таких як ріжучі круги.

ZTA досягає своїх чудових властивостей завдяки додаванню стабілізованого оксиду ітрію цирконію (YSZ) частинок всередині матриці оксиду алюмінію. При рівномірному розподілі, YSZ допомагає оптимізувати як твердість, так і міцність на розрив обох елементів, що забезпечує виняткову зносостійкість, хімічна інертність при кімнатній температурі та гаряча твердість/міцність на розрив виняткового керамічного матеріалу.

Продукція ZTA’ механічні властивості значною мірою залежать від способів їх обробки для отримання порошків, в тому числі термічні обробки, способи прожарювання, технології сушіння та процеси спікання, а також індивідуальне формування з добавками, доданими під час виробництва. Всі ці фактори негайно впливають на їх силу, властивості пружності та твердості.

Чудова стійкість до термічного удару

Кераміка ZTA забезпечує чудову стійкість до термічного удару, що робить їх чудовим вибором для аерокосмічних застосувань, які вимагають високого рівня міцності, міцність, і хімічна інертність. При рівномірному розподілі в матриці оксиду алюмінію можна оптимізувати YSZ. Однією з таких загартованих цирконієво-глиноземних керамічних виробів, яку ми пропонуємо, є BIOLOX delta, яку можна знайти для несучих ортопедичних компонентів, таких як заміна кульшового суглоба..

Індукована напругою трансформація від метастабільної тетрагональної до моноклінної структури YSZ викликає об’ємне розширення та деформацію зсуву, які протидіють поширенню тріщин, підвищення міцності на руйнування з одночасним підвищенням міцності на вигин. Ефективність такої кераміки, зміцненої трансформацією оксид алюмінію-YSZ, залежить від умов обробки, а також від стехіометрії її складових оксидів у процесі спікання..

Погано контрольовані умови спікання можуть призвести до низької міцності на вигин і поганої однорідності матриці оксид алюмінію-YSZ, потенційно через захоплення повітря або агломерацію частинок. Шляхом додавання добавок, таких як оксиди ітрію або магнію, можна знизити температуру тетрагонального до моноклінного перетворення та покращити властивості спікання діоксиду цирконію.

Відмінна зносостійкість

ZTA не лише перевершує стійкість до термічного удару та корозії, але також має високу зносостійкість завдяки механізму тетрагонально-монклінного фазового перетворення. Крім того, Дослідження in vitro показали, що компоненти ZTA менш схильні до гідротермічної деградації – щось дуже важливе в кераміці для протезування стегнової кістки та головки стегна (наприклад BIOLOX delta виробництва CeramTec).

Імітаційні випробування на знос, проведені на компонентах ZTA, виготовлених з композитних матеріалів оксиду алюмінію та цирконію, дали вражаючі результати щодо зносостійкості, міцність на вигин і твердість. Зразки ZTA, піддані численним циклам у симуляторі кульшового суглоба, показали мінімальну деградацію зі значно меншою шорсткістю поверхні, ніж монолітні компоненти з діоксиду цирконію.

Компоненти ZTA довели свою придатність для вимогливих застосувань в автомобільному виробництві (інструмент для гарячого та холодного формування, ролики та кабестани для закриття банок); енергетична промисловість (підшипники, вставки для отворів і вихрові шукачі); харчова обробка (гомогенізація частин насоса); та енергетики. Їх механічні властивості залежать від багатьох змінних: способи приготування порошків; методи сушіння, що використовуються під час прожарювання; методи формування, прийняті під час спікання; індивідуальне формування; додані добавки та розподіл частинок за розміром серед інших.

Чудова міцність

Кераміка ZTA використовує трансформацію, спричинену напругою, для інтеграції діоксиду цирконію в матрицю оксиду алюмінію, збільшення міцності та довговічності з часом. Це робить ZTA чудовим керамічним рішенням для промислових застосувань, де потрібна міцність, висока стійкість до корозії, стійкість до термічного удару і стійкість до теплового удару.

Під напругою, тетрагональні метастабільні виділення в кубічному оксиді алюмінію зазнають різкого перетворення в моноклінні частинки, які підвищують його в'язкість до руйнування, створюючи стискаючі поверхневі шари, які прилипають до тріщин у його матриці.

Трансформаційне зміцнення - це явище, відоме як зміцнення руйнування, де підвищена в'язкість руйнування оксиду алюмінію призводить до меншої довжини тріщини, менше притуплення тріщин, і покращена взаємодія з уже існуючими мікротріщинами. Це дозволяє комбінувати підшипники «тверде-тверде» та «тверде-м’яке», які використовуються в сучасній медичній кераміці, наприклад протезах кульшового суглоба.. Крім того, Імплантати з діоксиду цирконію, стабілізовані ітрієм, відомі як y-TZP, забезпечують захист від зношування з часом.