Độ dẻo dai nâng cao cho các ứng dụng công nghiệp

Alumina cường lực Zirconia (ZTA) Các thành phần gốm kết hợp độ cứng và độ bền của alumina với độ bền gãy vượt trội của zirconia để mang lại hiệu suất và tuổi thọ cho các ứng dụng công nghiệp.

Sự biến đổi do ứng suất gây ra của các hạt zirconia tứ giác mịn được nhúng trong ma trận alumina dẫn đến vật liệu ZTA có độ bền và độ dẻo dai vượt trội, thích hợp để sử dụng trong nhiều môi trường khắc nghiệt khác nhau.

độ dẻo dai

Vật liệu ZTA kết hợp độ cứng của alumina với độ dẻo dai của zirconia cho khả năng chống mài mòn vô song. Hiệu ứng này được thực hiện thông qua việc làm cứng biến đổi do ứng suất gây ra: khi căng thẳng, Các hạt zirconia chuyển từ pha tứ giác siêu bền sang dạng đơn tà ổn định; sự giãn nở thể tích do sự thay đổi cấu trúc này gây ra giúp đóng lại mọi vết nứt trong ma trận alumina và tăng độ dẻo dai đáng kể.

ZTA chứa các tiểu cầu zirconia tạo mầm thành ma trận alumina trong quá trình thiêu kết, cải thiện độ dẻo dai và sức mạnh của gãy xương đồng thời tăng độ dẻo dai của gãy xương, tạo ra vật liệu có độ bền uốn lớn hơn Y-TZP và gấp đôi độ bền mỏi theo chu kỳ của nó. Sự kết hợp giữa độ dẻo dai từ alumina kết hợp với độ bền zirconia làm cho ZTA trở thành sự lựa chọn vật liệu tuyệt vời cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khả năng chống hư hỏng.

Độ bền

Alumina cường lực Zirconia (ZTA) tự hào có sức mạnh uốn và nén vượt trội, với độ giãn nở nhiệt thấp tương đương với alumina và đặc tính chống mài mòn vượt trội.

Alumina cường lực Zirconia được tạo ra bằng cách thêm các hạt zirconia tứ giác thông qua quá trình biến đổi do ứng suất gây ra thành ma trận alumina cứng, bao bọc chúng vào cấu trúc của nó đồng thời hạn chế sự biến đổi của chúng sang các khu vực địa phương thay vì lan rộng khắp.

Cơ chế này làm cho vật liệu tổng hợp alumina-zirconia bền hơn nhiều so với zirconia nguyên khối do khả năng chống hấp thụ nước thông qua quá trình hấp thụ hóa học; zirconia nguyên khối có thể hấp thụ các phân tử nước phân cực dẫn đến suy giảm nhiệt độ thấp và cuối cùng bị hỏng sau khi sử dụng lâu dài.

ZTA, mặt khác, được thiết kế đặc biệt để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển đổi từ tứ giác sang đơn nghiêng này thông qua các đặc điểm cấu trúc và phụ gia hóa học. CeramTec tiếp thị Biolox Delta ZTA làm ví dụ; công thức này chứa yttria và strontium aluminate để tạo điều kiện cho các cơ chế làm cứng trong pha zirconia của nó và do đó có ít nguy cơ suy thoái ở nhiệt độ thấp hơn trong khi chịu được môi trường nhiệt độ cao.

Chống ăn mòn

Gốm ZTA có khả năng chống ăn mòn vượt trội so với các sản phẩm alumina và do đó có thể được sử dụng trong các thiết bị chịu môi trường khắc nghiệt. Hơn nữa, ZTA có thể chịu được nhiệt độ cao hơn đồng thời mang lại độ ổn định hóa học cao hơn.

Garvie và cộng sự (1975) đã chứng minh rằng việc thêm 10-20% zirconia không ổn định có thể tăng cường đáng kể độ dẻo dai so với alumina, thông qua việc tăng cường biến đổi. Quá trình này xảy ra khi các kết tủa tứ giác siêu bền phân tán mịn chuyển thành zirconia đơn tà dưới áp lực gây ra sự giãn nở thể tích nén các vết nứt và làm chậm hoặc ngừng sự lan truyền của chúng.

Cơ chế này giống với cơ chế ứng suất do biến dạng gây ra; Tuy nhiên, để gây ra sự thay đổi pha, trường ứng suất phải đủ lớn; đối với các vết nứt trong mẫu ZTA, năng lượng này đến từ ứng suất uốn tại các vị trí đứt gãy.

Khả năng chịu nhiệt

Zirconia Toughened Alumina tự hào có điểm nóng chảy và khả năng chống ăn mòn đặc biệt cao, làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các thiết bị thường xuyên tiếp xúc với nhiệt độ cao. Hơn nữa, biến thể này có khả năng chống ma sát lớn hơn alumina tiêu chuẩn, giúp giảm hao mòn trên thiết bị tiếp xúc với mức động năng cao hơn.

Gốm ZTA được tạo ra thông qua quá trình biến đổi do ứng suất gây ra của các hạt zirconia tứ giác thành ma trận alumina, tạo ra ứng suất nén bên trong chúng ngăn cản sự lan truyền vết nứt, tăng cả sức mạnh và độ dẻo dai đồng thời cung cấp khả năng chống sốc nhiệt mà không bị gãy hoặc nứt. Họ tự hào về khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời; chống lại sự thay đổi nhanh chóng về nhiệt độ mà không bị gãy hoặc nứt khi bị căng thẳng.

Alumina được gia cố bằng zirconia có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp do có nhiều đặc tính đa dạng. Kỹ thuật cơ khí sử dụng nó cho các bộ phận và vòng đệm của máy bơm; Quá trình xử lý chất bán dẫn sử dụng nó do tính ổn định và độ bền nhiệt của nó; hàng không vũ trụ, ngành công nghiệp ô tô và điện sử dụng nó làm bộ phận động cơ do khả năng chống ăn mòn và hóa chất khắc nghiệt; nó thậm chí có thể chịu được độ bền uốn cao cho cấy ghép nha khoa!