Alumina cường lực Zirconia

Alumina cường lực Zirconia (ZTA) là vật liệu gốm tiên tiến được sử dụng rộng rãi trong phốt van, ống lót, các bộ phận máy bơm và dụng cụ cắt do độ bền và độ ổn định hóa học của nó – được chứng minh bằng khả năng chịu được tải nặng mà không bị suy giảm đáng kể.

ZTA tự hào có khả năng chống sốc nhiệt ấn tượng và có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, cũng như sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng. Đọc tiếp để tìm hiểu thêm về tính chất cơ học của nó!

độ cứng

Zirconia được thêm vào ma trận alumina làm tăng độ cứng của nó, độ bền gãy và độ bền uốn đồng thời tăng khả năng chống mài mòn và xói mòn. Cơ chế thường liên quan là sự biến đổi pha sau đó là sự hình thành vết nứt vi mô nhưng cũng có thể liên quan đến các lý thuyết lý thuyết ứng suất nếu có thể áp dụng..

Các kết tủa zirconia tứ giác siêu bền hình thành nên sự phân tán mịn trong ma trận alumina có thể trải qua quá trình biến đổi tự phát thành dạng đơn tà khi hạn chế của chúng được dỡ bỏ trong quá trình lan truyền vết nứt, cung cấp năng lượng chống lại các trường ứng suất thúc đẩy sự lan truyền vết nứt.

Gốm ZTA có độ bền và độ cứng khi gãy vượt trội so với các loại gốm kỹ thuật gốc oxit khác, cũng như gấp đôi độ bền mỏi theo chu kỳ của Y-TZP. Như vậy, đặc tính của nó làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chống mài mòn cao, tính trơ hóa học và ma sát thấp cũng như độ bền và độ cứng cao.

Độ bền uốn

Gốm ZTA có thể được tạo ra bằng cách thay đổi tỷ lệ zirconia ổn định yttria (Y-TZP) trong ma trận alumina bằng cách sử dụng phương pháp ép đẳng tĩnh nóng, để tối ưu hóa sự kết hợp độ cứng-độ dẻo dai-độ bền uốn dẫn đến khả năng chống mỏi theo chu kỳ vô song vượt qua hầu hết các loại gốm kỹ thuật tiên tiến.

Y-TZP siêu bền trong ma trận alumina dẫn đến sự hình thành các chất kết tụ pha biến đổi tứ giác-đơn nghiêng làm tăng độ bền đứt gãy thông qua quá trình làm cứng chuyển pha (khoản 1976). Ưu tiên vượt qua vết nứt, các chất kết tụ chuyển tiếp này sẽ nén vùng phía trước mặt vết nứt và làm giảm sự tiến triển của nó., cuối cùng là tăng độ dẻo dai gãy xương.

Cấu trúc vật liệu này đã dẫn đến việc tạo ra các vật liệu tổng hợp alumina-zirconia như BIOLOX Delta, được sử dụng rộng rãi để thay thế toàn bộ khớp háng và các bộ phận chỉnh hình chịu tải khác. Vật liệu sinh học gốm này có khả năng chống mài mòn vượt trội, độ trơ hóa học ở nhiệt độ phòng, khả năng chống sốc nhiệt và độ trơ hóa học tuyệt vời ở mọi nhiệt độ.

Chống ăn mòn

Trơ về mặt hóa học và chịu được nhiệt độ cao và mài mòn, nó cung cấp hiệu suất vượt trội so với 99 gốm alumina và cũng tiết kiệm chi phí hơn.

Zirconia cũng tự hào có độ bền kéo ấn tượng, đặc tính uốn, đàn hồi và khả năng tương thích sinh học – làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng y tế như thay khớp háng. Do sự biến đổi độ cứng dưới điều kiện ứng suất, Các hạt zirconia thay đổi từ dạng tứ giác siêu bền sang dạng đơn tà, giúp đóng vết nứt hiệu quả hơn đồng thời tăng độ bền gãy.

CeramTec (Đồng bằng Biolox) thương mại hóa hỗn hợp alumina-zirconia trong đó zirconia không ổn định vẫn ở pha tứ giác để quản lý sự biến đổi này và cung cấp khả năng làm cùn vết nứt và độ lệch vết nứt, cải thiện độ dẻo dai của ma trận alumina. Hàm lượng zirconia của vật liệu có thể được thay đổi thông qua kỹ thuật chuẩn bị bột và cô đặc.

Chống sốc nhiệt

Zirconia được thêm vào ma trận alumina chính trong quá trình thiêu kết có thể tăng cường đáng kể độ bền và độ dẻo dai của nó, tạo ra thứ được gọi là ZTA (Alumina cường lực Zirconia), vượt trội hơn gốm alumina thông thường trong cả ứng dụng cơ khí và mài mòn.

Alumina cường lực Zirconia được chú ý vì các đặc tính đặc biệt của nó như độ cứng nóng cao và độ bền cao, độ trơ hóa học ở nhiệt độ phòng, tốc độ giãn nở nhiệt thấp và khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời – đặc tính lý tưởng cho các bộ phận phay cũng như các bộ phận chịu mài mòn cần có cơ chế làm mát.

CeramTec tiếp thị một ZTA có tên Biolox delta có ma trận alumina với các hạt Y-TZP phân tán (17 trọng lượng/% khối lượng) và tiểu cầu stronti aluminat (0.5 trọng lượng/% khối lượng), cung cấp sự kết hợp hiệu quả giữa các cơ chế biến đổi pha tứ giác sang đơn nghiêng và cơ chế làm lệch vết nứt để cải thiện độ bền, điều này lý tưởng cho các thủ thuật THA cơ bản trên bề mặt chịu lực xương đùi.

Cách điện

Alumina được gia cố bằng zirconia có thể chịu được sốc nhiệt mà không bị nứt hoặc vỡ dưới sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, nhờ các hạt alumina phân tán được phân tán trong ma trận của nó hấp thụ năng lượng nhiệt và tạo ra ứng suất nén ngăn ngừa gãy xương.

Gốm Alumina-zirconia đậm đặc hơn so với gốm zirconia nguyên chất của nó, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng cách điện. Hơn nữa, Độ giãn nở nhiệt thấp hơn zirconia nên nó thích hợp cho các bộ phận cần làm mát.

Sự biến đổi độ cứng của vật liệu tổng hợp Alumina-zirconia mang lại những lợi thế bổ sung; đây, Các hạt zirconia trong ma trận alumina trải qua một giai đoạn siêu bền trong đó các hạt của chúng trải qua quá trình chuyển đổi từ cấu trúc tứ giác sang cấu trúc đơn tà, do đó làm giảm vết nứt do ứng suất gây ra bằng cách tăng khả năng chống mài mòn và va đập. Zirconia được làm cứng bằng nhôm thường xảy ra thông qua phản ứng tự cháy liên quan đến Zirconium(IV) oxit octahydrat, Nhôm Nitrat Nanohydrat Triethylamine và HNO3(Axit Nitric); tăng kích thước hạt tiếp tục hỗ trợ phân tán các hạt zirconia siêu bền.