Alumina cường lực Zirconia cho các ứng dụng nâng cao

ZTA là vật liệu composite alumina-zirconia, phân biệt bởi sức mạnh vượt trội và độ dẻo dai. Được tạo ra thông qua sự biến đổi do ứng suất gây ra của các hạt zirconia tứ giác mịn trong ma trận alumina.

Gốm sứ Zirconia là vật liệu kỹ thuật vượt trội, tự hào về độ cứng tuyệt vời, ổn định nhiệt, khả năng chống mài mòn và môi trường hoạt động mà nhiều loại gốm sứ khác không thể thực hiện được. Kim loại và nhựa đơn giản là không thể so sánh được. Hơn nữa, gốm zirconia cũng thể hiện độ cứng vượt trội để chế tạo công cụ.

Sức mạnh

ZTA nổi bật trong số các vật liệu gốm với độ bền và độ dẻo dai vượt trội, chống mài mòn, độ trơ hóa học, hệ số ma sát thấp, tỷ lệ độ cứng/độ cứng cao và hệ số giãn nở nhiệt tương đối thấp so với hầu hết các loại khác – làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng như dụng cụ cắt. Hơn nữa, khả năng tương thích sinh học của nó cũng làm cho ZTA trở thành một lựa chọn vật liệu hấp dẫn.

ZTA được xác định bởi sự phân bố đồng đều cao của các hạt zirconia tứ giác trong ma trận alumina. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật trộn phức tạp như nghiền bi và nghiền tiêu hao năng lượng cao.; sau khi được trộn với nhau, bột có thể được tạo thành thành phần dự định bằng cách ép khô, ép đẳng tĩnh, kỹ thuật ép phun hoặc ép đùn.

Zirconia phân tán trong ma trận alumina cải thiện độ bền gãy bằng cách hấp thụ và tiêu tán năng lượng vết nứt, được gọi là tăng cường biến đổi. Zirconia cũng góp phần chống mài mòn bằng cách tạo ra ứng suất nén ngăn cản sự lan truyền vết nứt – được gọi là tự mài sắc – làm cho ZTA trở thành sự lựa chọn vật liệu tuyệt vời cho bánh mài.

độ dẻo dai

Alumina cường lực Zirconia (ZTA) gốm sứ tự hào về sức mạnh ấn tượng và độ bền gãy, làm cho chúng trở nên hoàn hảo để sử dụng trên nhiều ứng dụng và môi trường. Khả năng phục hồi đáng chú ý này đến từ sự biến đổi pha do căng thẳng gây ra, các hạt zirconia tứ giác phân tán đồng đều được phân tán trong ma trận alumina; ứng suất gây ra sự chuyển pha để tạo ra mạng lưới vết nứt vi mô của zirconia-alumina hấp thụ năng lượng lan truyền vết nứt, làm chậm sự lan rộng của chúng một cách hiệu quả đồng thời tăng khả năng chống đứt gãy (khoản 1976).

ZTA nổi bật nhờ khả năng chống sốc nhiệt vượt trội. Nhờ sự kết hợp độc đáo của thành phần pha tứ giác-đơn nghiêng, loại gốm này có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng mà không bị nứt hoặc vỡ, trong khi sự biến đổi do ứng suất gây ra của zirconia thành dạng tứ giác siêu bền của nó tạo ra ứng suất nén chống lại sự hình thành các vết nứt trong ma trận alumina của nó và tăng đáng kể độ dẻo dai do đó tăng thêm hiệu suất của ZTA.

ZTA không chỉ tự hào về sức mạnh của mình, cấu trúc tứ giác-đơn nghiêng và độ bền gãy cao, nhưng cũng có hệ số giãn nở nhiệt thấp (CTE), làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi nhiệt độ hoặc môi trường khắc nghiệt nơi độ ổn định kích thước là rất quan trọng, chẳng hạn như linh kiện chính xác hoặc gói điện tử.

ZTA nổi bật trong số các vật liệu cấy ghép y tế nhờ sự kết hợp giữa khả năng kháng hóa chất, tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn do ứng suất hỗ trợ trong nước hoặc chất lỏng cơ thể, làm cho nó trở thành ứng cử viên hàng đầu cho các thiết bị cấy ghép y tế như đầu xương đùi chỉnh hình và tấm lót ổ cối. Vật liệu sinh học BioLOX Delta là một ví dụ như vậy; được sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật chỉnh hình cho cả hai ứng dụng.

Chống ăn mòn

ZTA tự hào có các đặc tính vượt trội của cả alumina và zirconia, làm cho nó có khả năng chống lại sự tấn công và mài mòn hóa học cao, làm cho nó trở nên hoàn hảo cho các ứng dụng liên quan đến môi trường dễ bị ăn mòn hoặc ma sát lặp đi lặp lại hoặc ứng suất cơ học.

Sự kết hợp độ cứng của alumina với độ dẻo dai của zirconia mang lại đặc tính ma sát tuyệt vời giúp chống mài mòn tuyệt vời trong các bộ phận chịu tải nặng và sử dụng lâu dài, chẳng hạn như cấy ghép chỉnh hình, dụng cụ cắt và các bộ phận chống mài mòn được sử dụng trong quản lý chất lỏng (hướng dẫn chủ đề, vòng bi, vòi phun vv). Sự kết hợp này đặc biệt có thể áp dụng trong môi trường y tế và công nghiệp như cấy ghép chỉnh hình, dụng cụ cắt hoặc quản lý chất lỏng (dẫn hướng ren vòng bi vòi phun vv).

Độ bền đứt gãy được tăng cường của ZTA có thể là do các hạt zirconia được phân bố mịn trong ma trận alumina của nó. Khi vết nứt bắt đầu lan rộng, khi năng lượng của chúng tăng lên và lan truyền xa hơn, các hạt zirconia tứ giác này trải qua quá trình biến đổi pha để hấp thụ và tiêu tán nó như một phần của cơ chế biến đổi độ cứng – do đó cải thiện độ bền gãy của vật liệu này.

Thành công trong sản xuất gốm ZTA nằm ở việc sử dụng bột zirconia và alumina chất lượng cao không chứa tạp chất. Quá trình thiêu kết phải được kiểm soát để tránh sự biến đổi zirconia tứ giác thành đơn nghiêng tự phát trong quá trình làm mát và để giảm thiểu sự hình thành pha đơn tà siêu ổn định, dễ bị hấp thụ hóa học với các phân tử nước dẫn đến suy giảm nhiệt độ thấp khi sử dụng lâu dài; Quy trình thiêu kết gốm ZTA của Saint-Gobain ZirPro được tạo ra đặc biệt để tránh những hiện tượng không mong muốn như vậy. May mắn thay, gốm ZTA của gốm Saint-Gobain ZirPro được thiết kế đặc biệt để ngăn hiện tượng như vậy xảy ra –

Ổn định nhiệt

Alumina cường lực Zirconia (ZTA) có thể chịu được sự thay đổi nhanh chóng về nhiệt độ mà không bị nứt hoặc vỡ, nhờ các hạt zirconia phân tán trong ma trận alumina hấp thụ năng lượng nhiệt và tạo ra ứng suất nén ngăn ngừa nứt và hư hỏng. Vì ZTA hấp thụ năng lượng nhiệt rất hiệu quả, vật liệu này là sự lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu nhiệt độ cao.

Việc bổ sung zirconia vào ma trận alumina có thể làm tăng độ bền gãy đồng thời cải thiện các tính chất cơ học như độ bền và khả năng chống mài mòn. Độ bền đứt gãy tăng lên trong ZTA là do sự chuyển đổi do ứng suất gây ra từ pha tứ giác siêu bền sang pha đơn tà ở nhiệt độ môi trường.; một hiệu ứng được khuếch đại bởi kích thước hạt zirconia nhỏ hơn so với hạt alumina.

Các chất ổn định thường được sử dụng để bảo toàn pha zirconia tứ giác trong vật liệu ZTA như Biolox Delta; Tuy nhiên, kết quả tương tự có thể đạt được mà không cần chất ổn định về mặt phân bố hạt và độ bền đứt gãy.

Sự kết hợp giữa alumina và zirconia tạo ra loại gốm tiên tiến có độ bền vượt trội, độ dẻo dai gãy xương, độ đàn hồi và độ cứng – đặc điểm cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất kết cấu và khả năng chống ăn mòn. Gốm sứ ZTA có xu hướng hoạt động tốt hơn 99% gốm alumina tiết kiệm chi phí trong khi đáp ứng nhu cầu ứng dụng cụ thể hiệu quả hơn; tỷ lệ của họ thậm chí có thể được điều chỉnh cụ thể.