Alumina cường lực Zirconia – Tăng cường sức mạnh cho sự xuất sắc công nghiệp

Alumina cường lực Zirconia (ZTA) là một loại gốm đặc biệt, được phân biệt bởi độ bền cao và khả năng chống gãy do các hạt zirconia ổn định yttria được phân tán qua ma trận alumina.

Vật liệu này có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng mà không bị nứt hay vỡ, chống ăn mòn hóa học và cung cấp khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời.

Chống ăn mòn tuyệt vời

Gốm sứ ZTA mang lại sự cân bằng lý tưởng giữa sức mạnh và giá trị, mạnh hơn các sản phẩm alumina nhưng ít tốn kém hơn zirconia nguyên chất. Tính chất cơ học của chúng – độ dẻo dai gãy xương, độ bền uốn và độ cứng cũng như khả năng chống sốc nhiệt – làm cho chúng phù hợp để chế tạo các dụng cụ công nghiệp như bánh xe cắt.

ZTA đạt được các đặc tính vượt trội nhờ bổ sung zirconia ổn định yttria (YSZ) các hạt trong ma trận alumina. Khi phân tán đều khắp, YSZ giúp tối ưu hóa cả độ cứng và độ bền kéo của cả hai bộ phận, mang lại khả năng chống mài mòn đặc biệt, độ trơ hóa học ở nhiệt độ phòng và đặc tính độ cứng/độ bền nóng đối với vật liệu gốm đặc biệt.

sản phẩm ZTA’ tính chất cơ học phụ thuộc nhiều vào quá trình xử lý để sản xuất bột, bao gồm xử lý nhiệt, phương pháp nung, kỹ thuật sấy và quy trình thiêu kết cũng như tạo hình phù hợp với các chất phụ gia được thêm vào trong quá trình sản xuất. Tất cả những yếu tố này đều có ảnh hưởng ngay lập tức đến sức mạnh của họ., tính chất đàn hồi và độ cứng.

Khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời

Gốm sứ ZTA có khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời, làm cho chúng trở thành sự lựa chọn tuyệt vời cho các ứng dụng hàng không vũ trụ đòi hỏi mức độ bền cao, sự dẻo dai, và độ trơ hóa học. Khi phân tán đồng đều trong ma trận alumina, YSZ có thể được tối ưu hóa. Một trong những loại gốm zirconia-alumina được tôi luyện bằng biến đổi mà chúng tôi cung cấp là BIOLOX delta có thể được sử dụng cho các bộ phận chịu lực chỉnh hình như thay khớp háng.

Sự biến đổi do ứng suất gây ra từ cấu trúc tứ giác siêu bền sang cấu trúc đơn tà của YSZ tạo ra sự giãn nở thể tích và biến dạng cắt chống lại sự lan truyền vết nứt, tăng độ bền gãy đồng thời cải thiện độ bền uốn. Hiệu suất của gốm cường lực biến đổi alumina-YSZ như vậy phụ thuộc vào các điều kiện xử lý cũng như khả năng cân bằng hóa học của các oxit cấu thành trong quá trình thiêu kết.

Các điều kiện thiêu kết được kiểm soát kém có thể dẫn đến độ bền uốn thấp và độ đồng nhất kém của ma trận alumina-YSZ, có khả năng do bẫy không khí hoặc sự kết tụ hạt. Bằng cách thêm các chất phụ gia như yttria hoặc magie oxit, người ta có thể giảm nhiệt độ biến đổi tứ giác thành đơn tà và tăng cường tính chất thiêu kết của zirconia.

Khả năng chống mài mòn tuyệt vời

ZTA không chỉ vượt trội về khả năng chống sốc nhiệt và chống ăn mòn, nhưng cũng có khả năng chống mài mòn cao nhờ cơ chế bao bọc chuyển pha tứ giác-monclinic. Hơn nữa, nghiên cứu in vitro đã tiết lộ rằng các thành phần ZTA ít bị phân hủy thủy nhiệt hơn – một điều gì đó có ý nghĩa quan trọng trong gốm sứ thay thế đầu xương đùi và cốc (chẳng hạn như BIOLOX delta do CeramTec sản xuất).

Các thử nghiệm mài mòn mô phỏng được thực hiện trên các bộ phận ZTA làm bằng vật liệu composite alumina-zirconia đã mang lại kết quả ấn tượng về khả năng chống mài mòn, độ bền uốn và độ cứng. Các mẫu ZTA tiếp xúc với nhiều chu kỳ trong bộ mô phỏng hông cho thấy sự xuống cấp tối thiểu với độ nhám bề mặt thấp hơn đáng kể so với các thành phần zirconia nguyên khối.

Các thành phần ZTA đã được chứng minh là phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong sản xuất ô tô (dụng cụ tạo hình nóng và lạnh, con lăn và nắp đóng hộp); ngành năng lượng (vòng bi, chèn lỗ và công cụ tìm xoáy); chế biến thực phẩm (bộ phận bơm đồng nhất); và ngành năng lượng. Tính chất cơ học của chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: các đường chuẩn bị được sử dụng để chuẩn bị bột; phương pháp sấy khô được sử dụng trong quá trình nung; kỹ thuật tạo hình được áp dụng trong kỹ thuật thiêu kết; tạo hình phù hợp; phụ gia được thêm vào và phân bổ kích thước hạt giữa các chất khác.

Sức mạnh tuyệt vời

Gốm ZTA sử dụng phép biến đổi do ứng suất gây ra để tích hợp zirconia vào ma trận alumina, tăng sức mạnh và độ bền theo thời gian. Điều này làm cho ZTA trở thành giải pháp gốm tuyệt vời cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ bền, khả năng chống ăn mòn cao, khả năng chịu sốc nhiệt và khả năng chịu sốc nhiệt.

Dưới sự căng thẳng, kết tủa tứ giác siêu bền trong alumina khối trải qua quá trình biến đổi đột ngột thành các hạt đơn tà làm tăng độ bền đứt gãy của nó bằng cách tạo ra các lớp bề mặt chịu nén bám vào các vết nứt trong ma trận của nó.

Biến đổi độ cứng là một hiện tượng được gọi là độ cứng gãy, trong đó độ bền đứt gãy của alumina tăng lên dẫn đến chiều dài vết nứt ngắn hơn, ít vết nứt cùn hơn, và cải thiện tương tác với các vết nứt nhỏ hiện có. Điều này cho phép kết hợp ổ trục cứng trên cứng và ổ trục cứng trên mềm được sử dụng trong gốm sứ cấp y tế hiện đại chẳng hạn như thay khớp háng. Hơn nữa, Bộ cấy zirconia ổn định bằng Yttrium được gọi là y-TZP cung cấp khả năng bảo vệ khỏi bị mài mòn theo thời gian.