زركونيا الألومينا المقواة بالألومينا - ZTA

زركونيا الألومينا المقواة بالألومينا (ZTA)، هي مادة خزفية تقنية متطورة تجمع بين قوة وصلابة الألومينا وخصائص مقاومة التآكل العالية، مما يوفر خصائص استثنائية لمقاومة التآكل والتآكل للاستخدام في مجموعة من التطبيقات الصناعية.

تتحول جزيئات زركونيا ZTA من رباعي الزركونيا إلى أحادي الميلين تحت الضغط، مما ينتج عنه إجهاد انضغاطي يمنع انتشار التشققات - مما يجعل هذه المادة أكثر متانة من سيراميك الألومينا النقي.

الصلابة

ZTA هي مادة مركبة من الألومينا والزركونيا ذات خصائص ميكانيكية استثنائية. وبفضل قدرتها على تحمل الضغوط العالية، فإن صلابتها تجعل من ZTA خيارًا ممتازًا لمادة ZTA لعجلات الطحن التي تحتاج إلى تحمل التآكل والاحتكاك؛ بالإضافة إلى أنها تقاوم التآكل والصدمات الحرارية - وجميعها خصائص تجعل ZTA مناسبة للتطبيقات الصناعية بما في ذلك مكونات الأفران وأجزاء المحركات التوربينية.

الألومينا المقواة بالزركونيا (ZTA) هي مادة مركبة من أكسيد الزركونيوم والألومينا مع زيادة صلابة الكسر بشكل كبير مقارنةً بالألومينا النقية، مما يجعلها أكثر قدرة على مقاومة انتشار التشقق. تتحقق الصلابة من خلال التحولات الطورية لجزيئات الزركونيا المشتتة المنتشرة داخل مصفوفة الألومينا تحت الضغط؛ فعند تعرضها للإجهاد، تغير جزيئات الزركونيا هذه من طور البنية البلورية رباعية الزوايا إلى أحادية الميلان، مما يزيد من حجم الجسيمات مع زيادة الضغط الضاغط الذي يقلل من انتشار التشقق مع زيادة صلابة الكسر.

تستطيع ZTA تخزين الطاقة الحرارية بفعالية للحد من انتشار التشققات. على هذا النحو، يمكن لجزيئات الزركونيا المنتشرة داخل مصفوفة الألومينا امتصاص الطاقة الحرارية وتخزينها لتوفير مقاومة فائقة للصدمات الحرارية في البيئات ذات درجات الحرارة العالية بالإضافة إلى حماية فائقة من التآكل الكيميائي - مما يجعلها مناسبة للأجهزة الطبية المعرضة للسوائل الجسدية والمواد الكيميائية.

يتم إنتاج مادة ZTA عن طريق خلط الألومينا ومساحيق الزركونيا معًا قبل التشكيل والتلبيد، باستخدام طرق مختلفة مثل رش أو حقن الزركونيا على الألومينا. يمكن أيضًا دمج الزركونيا مع مواد أخرى مثل كربيد التنجستن لزيادة قوة المنتج النهائي. يمكن تكييف عمليات التشكيل والتلبيد وفقًا لذلك من أجل تحسين الأداء؛ ويعد التلبيد الهلامي أحد طرق الإنتاج الشائعة هذه، بينما أجريت أبحاث حول ظروف التصنيع المثلى مثل الأحمال الصلبة ودرجات الحرارة للحصول على ظروف تصنيع المواد المثلى للحصول على الأداء الأمثل للمواد.

مقاومة التآكل

تزيد مركبات السيراميك الغنية بالزركونيا من الصلابة والقوة ومقاومة التآكل مقارنةً بالألومينا وحدها. أجرت شركة HMA Wear Solutions اختبارات باستخدام هذه المواد في البيئات الكاشطة حيث تفوقت ZTA على نظيرتها بسبب مستويات الكشط المماثلة؛ حيث شهدت ظروف التآكل الانزلاقية عدم تفاعل الأوجه المضادة الصلبة، حيث تتفوق الألومينا عادةً على ZTA بسبب مستويات الصلابة الأعلى ولكن هذا الفرق يقابله تمتع ZTA بمرونة أكبر تقاوم أضرار الصدمات بشكل أفضل.

يتميز ZTA عن الألومينا العادية من حيث مقاومة الصدمات الحرارية. في الواقع، من المعروف أن ZTA تتحمل درجات حرارة تصل إلى 1773 كلفن دون أن تتشقق أو تنكسر، مما يجعلها مثالية للمعدات التي يجب أن تتحمل التغيرات الحادة في درجات الحرارة. وعلاوةً على ذلك، يتميز بمعامل تمدد حراري أقل مقارنةً بمواد الألومينا العادية، مما يقلل من الضغط الواقع عليه أثناء تمدده وانكماشه بمرور الوقت.

تتميز ZTA بصلابة كسر متميزة، مما يجعلها شديدة المقاومة للتحميل بالصدمات، مما يجعلها الخيار المثالي للمكونات المعرضة للإجهاد الميكانيكي، مثل موانع تسرب الصمامات. يجب أن يتحمل ZTA أيضًا أحمال الصدمات المتكررة دون إضعاف قدرة الختم.

زركونيا متوافق حيوياً، مما يعني أنه آمن للاستخدام البشري. وعندما يقترن ذلك بقوته وصلابته العالية في الانثناء، فإن ذلك يجعله خياراً ممتازاً من المواد للتطبيقات الطبية مثل استبدال مفصل الورك. علاوة على ذلك، فإن توافقها الحيوي ومتانتها يجعلها أيضاً مناسبة للاستخدامات الأخرى التي تكون فيها مقاومة الإجهاد الميكانيكي ضرورية، بما في ذلك مقاومة التآكل من التآكل أو التآكل أو التآكل الكيميائي.

مقاومة المواد الكيميائية

الألومينا المقواة من زركونيا هي مادة شديدة المقاومة للتآكل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المعرضة للمواد الكيميائية القاسية أو الملوثات. وعلاوة على ذلك، فإن متانتها تسمح لها بتحمل الإجهاد الاحتكاكي المستمر دون حدوث تلف أو كسر بمرور الوقت.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن لجسيمات الزركونيا المنتشرة داخل مصفوفة الألومينا أن تمتص الطاقة الحرارية لتوليد ضغوط انضغاطية تمنع حدوث تشققات في درجات الحرارة المرتفعة - وهذا يجعل المادة فعالة بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب التعرض المستمر مثل مكونات الأفران أو مكونات محرك التوربينات.

تتميز الألومينا المقواة بالزركونيا بقدرتها على مقاومة تكوين الفراغات، وهي خاصية مهمة في السيراميك حيث يمكن للفراغات أن تقلل بشكل كبير من القوة وتسبب الفشل. لا تعاني الألومينا المقواة بالزركونيا من هذه المشكلة، لأن جزيئات الزركونيا منتشرة بالتساوي في جميع أنحاء المصفوفة.

نظرًا لمقاومته ضد التآكل والتآكل، تُعد الألومينا المقواة بالزركونيا مادة ممتازة لأدوات القطع نظرًا لمتانتها الفائقة وفعاليتها من حيث التكلفة مقارنة بالماس. ويمكنها تحمل كل من الضغط الشديد من عجلات الطحن وكذلك التحولات السريعة في درجات الحرارة التي تحدث أثناء عمليات الطحن؛ وعلاوة على ذلك، فإن تكلفة إنتاجها أقل بكثير من بدائل الماس التقليدية.

توفر منتجات ZTA التوازن الأمثل بين التكلفة والقيمة، حيث أنها أقوى بكثير من منتجات الألومينا بينما هي أقل تكلفة من الزركونيا النقية. وغالبًا ما تتكون من مصفوفة ألومينا-زركونيا مثل سيراميك سيراميك سيراميك بيولوكس دلتا من CeramTec؛ وتظهر منحنيات زحف الانثناء أن وجود الزركونيا لا يغير بشكل كبير من معدل الزحف في الحالة المستقرة (10-8 ث-1 عند 1473 كلفن و110 ميجا باسكال)؛ ومع ذلك، فإن إضافتها تزيد من اعتماد الإجهاد في مرحلة الزحف الأولية بشكل كبير بالنسبة لـ ZTA أكثر من سيراميك الألومينا التقليدي.

مقاومة الصدمات الحرارية

تُعد الألومينا المقواة بالزركونيا مادة مثالية للتطبيقات التي يجب أن تتحمل فيها المعدات التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة دون أن تتضرر، وذلك بفضل جزيئات الزركونيا المنتشرة داخل مصفوفتها التي تمتص الطاقة الحرارية وتولد ضغوطًا ضاغطة تساعد على منع تكون التشققات - وهذا يجعلها المادة المثالية لبناء المعدات المصممة للعمل في درجات الحرارة القصوى.

ZTA عبارة عن سيراميك تقني متطور يجمع بين مزايا كل من الألومينا والزركونيا للحصول على قوة ميكانيكية فائقة. يتم إنتاج حبيبات الزركونيا رباعي الزركونيا الناعمة، التي يتم إنتاجها من خلال التقوية بالتحول الناتج عن الإجهاد، في مصفوفة من الألومينا قبل تلبيدها معًا لتشكيل هذه المادة التي تتميز بصلابة كسر عالية للغاية وقوة انثناء عالية، مما يجعلها مقاومة للصدمات وأحمال الصدمات بشكل أكثر فعالية من السيراميك التقني الآخر.

تتميز مادة ZTA بقوة فيزيائية مذهلة بالإضافة إلى ثبات كيميائي وميكانيكي جيد، مما يجعلها متينة للغاية. وتوفر هذه المادة مقاومة فائقة للتآكل ضد المواد الكيميائية القاسية الموجودة في المعدات الطبية وكذلك فترات الإجهاد المستمر الطويلة الموجودة في أجهزة الطرد المركزي. وبفضل معدل زحفها المنخفض، يمكنها تحمل فترات طويلة من الإجهاد المستمر مثل تلك الموجودة عند تشغيل أجهزة الطرد المركزي بأقصى سرعة لفترات طويلة.

يمكن زيادة تقوية الألومينا المقواة بالألومينا المقواة بالزركونيا باستخدام CeO2، وقد ثبت أنها تحسن كلاً من قوة الانثناء ومقاومة الصدمات الحرارية. وعلاوة على ذلك، فإن إضافة CeO2 يقلل من التشقق الناتج عن الإجهاد في ZTA مع زيادة قوة التعب في الوقت نفسه بسبب تكوين صفائح طويلة من LaMgAl11O19 أثناء التخليق في الموقع مع الألومينا.

العزل الكهربائي

تقدم شركة Great Ceramics منتجات سيراميك تقنية متطورة مثل الألومينا المقواة بالزركونيا لتلبية احتياجات العملاء المتنوعة من حيث القوة والمتانة ومقاومة التآكل. وعلاوة على ذلك، تشمل خصائص العزل الكهربائي الممتازة مقاومته العالية وقيم ثابت العزل الكهربائي المنخفضة - وهو مثالي للأجزاء التي تتطلب خصائص ميكانيكية وكهربائية على حد سواء. الألومينا المقواة بالزركونيا من بينها! تنتج شركة جريت سيراميك العديد من منتجات الألومينا المقواة بالزركونيا بحيث يتوفر للعملاء أفضل الحلول المتاحة لتلبية احتياجاتهم.

تجمع مادة ZTA بين الصلابة العالية وصلابة الكسر للألومينا مع الاستقرار الكيميائي والحراري الممتاز للزركونيا لتحقيق أقصى قدر من الأداء. يمكننا تكييف نسبة الألومينا إلى الزركونيا وفقًا لمواصفات العميل؛ على سبيل المثال، زيادة قوة الانحناء عن طريق زيادة محتوى الزركونيا أو تقليلها لتحسين صلابة الكسر أو غيرها من الخصائص.

تُصنع الألومينا المقواة بالزركونيا عن طريق خلط جزيئات الزركونيا رباعية الطور المشتتة في مصفوفة ألومينا قبل التلبيد في درجات حرارة مختلفة لإنتاج مادة ذات صلابة الكسر والصلابة ومقاومة الزحف المرغوبة. من خلال اختيار درجة الحرارة المثلى للتلبيد يمكننا إنتاج مادة ذات خصائص صلابة الكسر والصلابة ومقاومة الزحف المرغوبة.

من تحليل SEM، يمكن ملاحظة أن مركبات الألومينا-زركونيا ذات حجم الحبيبات الأصغر ودرجة حرارة التلبيد المنخفضة تُظهر صلابة كسر فائقة. ويرجع ذلك على الأرجح إلى وجود طاقة تشقق أقل وطول تشقق أقصر من وجود عدد أقل من الحبيبات لكل وحدة مساحة.

الزركونيا المقواة بالألومينا (ATZ) عبارة عن سيراميك متعدد المكونات يتكون من مسحوق زركونيا رباعي الأطوار المشتت بدقة ومعلق داخل مصفوفة ألومينا في درجات حرارة عالية. وتتميز هذه المادة بخصائص قوة ميكانيكية وصلابة وصلابة تحول مثيرة للإعجاب مما يجعلها مناسبة للتطبيقات بما في ذلك إلكتروليتات خلايا الوقود ذات الأكسيد الصلب وكذلك المواد الهيكلية وأشباه الموصلات. وعندما يتم دمجها معًا فإنها توفر صلابة وصلابة كسر ومقاومة تآكل أعلى بكثير من نظيرتها الألومينا بمفردها بتكاليف منخفضة بشكل كبير.