alumina cường lực zirconia đã chứng minh được tính chất cơ học vượt trội so với zirconia nguyên khối, bao gồm độ bền gãy và độ bền uốn. Tính ổn định của ZTA bắt nguồn từ pha ma trận giúp bảo vệ và hạn chế sự biến đổi của các hạt zirconia tứ giác, giúp nó chịu được sự xuống cấp trong điều kiện thủy nhiệt in-vivo.
Độ bền uốn
Bằng cách thêm zirconia vào gốm alumina, alumina cường lực zirconia được tạo ra. Vật liệu này có độ bền uốn vượt trội và độ bền cơ học trong các tình huống đòi hỏi, và cũng chống lại sự ăn mòn hóa học cũng như tiếp xúc với chất dịch cơ thể.
Alumina cường lực zirconia có thể chịu được sự dao động nhanh chóng về nhiệt độ do các hạt zirconia của nó phân tán trong ma trận alumina hấp thụ năng lượng nhiệt và tạo ra ứng suất nén để ngăn ngừa nứt, làm cho nó phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau như các bộ phận lò và động cơ tua bin hơi nước.
Loại gốm composite này kết hợp những đặc tính ấn tượng của cả alumina và zirconia để mang lại độ bền cao hơn và khả năng chống sốc nhiệt, với độ cứng vượt trội, độ bền uốn, độ bền gãy và khả năng chống mài mòn vượt qua 99% alumina tinh khiết về độ cứng, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn.
độ dẻo dai gãy xương
Zirconia tăng cường độ bền gãy của gốm alumina thông qua quá trình biến đổi độ cứng. Khi đánh, zirconia ổn định bằng yttri siêu bền biến đổi thành cấu trúc tinh thể đơn tà tạo ra ứng suất nén ngăn cản sự lan truyền vết nứt.
Alumina cường lực Zirconia là vật liệu lý tưởng để chế tạo dụng cụ cắt do độ cứng của nó, ổn định nhiệt và khả năng chống ma sát. Hơn nữa, đặc tính cơ học vượt trội của nó góp phần đáng kể vào độ bền và độ tin cậy của nó.
ZTA được sản xuất bằng phương pháp đúc gel có sự kết hợp đặc biệt giữa độ bền uốn, độ dẻo dai gãy xương, khả năng tương thích sinh học và khả năng chống chịu nhiệt/ăn mòn khiến nó phù hợp cho phẫu thuật thay khớp háng. Thông qua quá trình đúc gel, người ta cũng có thể điều chỉnh các thông số độ cứng-độ dẻo dai-độ bền uốn bằng cách thay đổi mức tải chất rắn trong bùn, độ dày khuôn hoặc thông số nhiệt độ thiêu kết để tối đa hóa kết quả.
Đường cong căng thẳng-Strain
Vật liệu alumina cường lực zirconia tự hào có sức mạnh vượt trội và khả năng chống mài mòn, cũng như độ cứng đặc biệt để hỗ trợ tải nặng mà không bị biến dạng dưới áp lực. Hơn nữa, nó có khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời cho phép nó chịu được những biến động đột ngột về nhiệt độ mà không bị suy giảm chất lượng.
Hàm lượng zirconia trên một giới hạn nhất định làm tăng sự suy giảm lão hóa thông qua các vết nứt nhỏ được tạo ra trong quá trình làm mát sau khi thiêu kết, đóng vai trò là con đường ưu tiên cho sự xâm nhập của nước vào vật liệu gốm, dẫn đến các vết nứt nhỏ được hình thành trong quá trình làm mát, đóng vai trò là con đường ưu tiên cho sự xâm nhập và lan rộng của nó. Ngược lại, khi ở dưới ngưỡng này, các hạt zirconia trải qua quá trình chuyển đổi do ứng suất gây ra từ pha tứ giác sang pha đơn tà làm giảm sự suy thoái lão hóa.
Độ bền kéo
Alumina cường lực Zirconia là vật liệu cứng và bền với khả năng chống mài mòn và ổn định nhiệt tuyệt vời, làm cho nó phù hợp với các bộ phận cần làm mát. Ngoài ra, Các bề mặt ổn định nhiệt như thế này mang lại khả năng kiểm soát nhiệt cũng như khả năng chống ma sát khiến chúng trở thành lựa chọn vật liệu lý tưởng.
Bị căng thẳng, ZTA trải qua quá trình chuyển pha từ tứ giác sang đơn tà giúp ngăn chặn sự lan truyền vết nứt và tăng độ bền gãy, nhưng một số nghiên cứu chỉ ra rằng việc tăng zirconia không ổn định dẫn đến giảm độ bền kéo.
Gốm sứ ZTA thường chứa 10%-20% zirconia, cho phép nó được thiết kế riêng cho từng ứng dụng. ZTA tương thích sinh học, chịu nhiệt độ, chống ăn mòn, đủ cứng để chịu được áp lực, thay thế hiệu quả về mặt chi phí cho gốm zirconia nguyên chất và có thể chịu được nhiệt độ cao mà không bị suy giảm. Các nhà sản xuất phốt van thường chọn nó do khả năng chống ăn mòn và giữ áp suất – tất cả các phẩm chất lý tưởng cho các ứng dụng làm kín van.
Sức mạnh tác động
alumina cường lực zirconia có khả năng chống ăn mòn cao và có độ bền cơ học đặc biệt, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ cứng và độ dẻo dai đồng thời. Hơn nữa, ZTA giúp tiết kiệm chi phí so với gốm sứ zirconia nguyên chất.
Kết hợp alumina và zirconia tạo ra gốm có độ bền uốn cao hơn, độ dẻo dai gãy xương, và chống mài mòn hơn alumina nguyên chất. Nó có thể chịu được tải trọng và tác động cao hơn và thường được sử dụng như một bản nâng cấp so với alumina tiêu chuẩn trong các thiết kế yêu cầu các tính năng bổ sung.
Sự tăng cường chuyển đổi giải thích cho sức mạnh tăng lên này; trong điều kiện căng thẳng, Các hạt zirconia thay đổi từ hình tứ giác sang hình đơn tà và giãn nở, nén các vết nứt trong ma trận alumina và do đó dẫn đến cường độ uốn cao hơn YSZ (Hình 6c và d).
Chống ăn mòn
Sự kết hợp giữa alumina và zirconia của gốm ZTA mang lại khả năng chống ăn mòn vượt trội so với gốm nguyên chất 99% riêng vật liệu alumina, và có độ cứng vượt trội, độ dẻo dai gãy xương, độ bền uốn, và đặc tính độ cứng hơn so với đối thủ cạnh tranh.
ZTA có tính năng chống mài mòn vượt trội và khả năng tương thích hóa học, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ bền cơ học cao. Hơn nữa, sự kết hợp của các vật liệu có khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời cho phép thay đổi nhiệt độ nhanh chóng mà không bị nứt hoặc vỡ.
Các hạt zirconia được thêm vào ma trận alumina làm tăng độ bền gãy của nó thông qua quá trình biến đổi độ cứng, một hiệu ứng gây ra bởi sự căng thẳng của các hạt zirconia thay đổi từ cấu trúc tinh thể tứ giác sang đơn tà khi tiếp xúc với ứng suất nén, tạo ra ứng suất nén ức chế sự lan truyền vết nứt và tăng đáng kể độ bền gãy của nó.
Chống sốc nhiệt
alumina cường lực zirconia là một loại gốm tiên tiến kết hợp alumina và zirconia. Để tạo ZTA, zirconia được đưa vào ma trận alumina chính trước khi thiêu kết để tăng cường độ bền và khả năng chống sốc nhiệt so với gốm alumina truyền thống; hơn nữa nó tự hào có độ cứng cao hơn, độ bền uốn, và mật độ hơn so với đối tác của nó.
Cơ chế làm cứng ZTA liên quan đến sự chuyển đổi pha do ứng suất gây ra từ cấu trúc tinh thể hạt zirconia tứ giác sang đơn tà, tăng độ bền gãy đồng thời bảo vệ nó khỏi sốc nhiệt và mài mòn cơ học. alumina cường lực zirconia có tính tương thích sinh học cao và không bị ăn mòn nhanh chóng, làm cho nó trở nên lý tưởng cho phớt van. Hơn nữa, độ bền uốn cao của nó cho phép nó chịu được áp lực cơ thể một cách hiệu quả.