Алуминиев закален цирконий - ZTA

Алуминиевият закален цирконий (ZTA) е усъвършенстван технически керамичен материал, който съчетава здравината и издръжливостта на алуминиевия оксид с високи характеристики на износоустойчивост, предлагайки изключителни свойства на устойчивост на корозия и износване за използване в редица индустриални приложения.

Циркониевите частици на ZTA се трансформират от тетрагонални в моноклинни под въздействие на напрежението, което води до компресивно напрежение, предотвратяващо разпространението на пукнатини, което прави този материал много по-издръжлив от чистата алуминиева керамика.

Твърдост

ZTA е алуминиево-циркониев композитен материал с изключителни механични свойства. Твърдостта на ZTA го прави отличен материал за шлифовъчни дискове, които трябва да издържат на абразия и триене; освен това той е устойчив на корозия и термичен шок - всички тези качества правят ZTA подходящ за промишлени приложения, включително компоненти на пещи и части на турбинни двигатели.

Циркониевият закален алуминий (ZTA) е композитен материал от алуминиев и циркониев оксид със значително повишена якост на разрушаване в сравнение с чистия алуминий, което го прави по-устойчив на разпространение на пукнатини. Устойчивостта се постига чрез фазови трансформации на диспергирани циркониеви частици, разпръснати в алуминиева матрица, подложена на напрежение; когато са подложени на напрежение, тези циркониеви частици променят фазата си от тетрагонална към моноклинна кристална структура, като увеличават обема на частиците, а натисковите напрежения намаляват разпространението на пукнатини, като същевременно увеличават устойчивостта на разрушаване.

ZTA може ефективно да съхранява топлинна енергия, за да ограничи разпространението на пукнатини. По този начин циркониевите частици, диспергирани в матрица от алуминий, могат да абсорбират и съхраняват топлинна енергия, за да осигурят изключителна устойчивост на термичен шок във високотемпературни среди, както и отлична защита от химическа корозия - което го прави подходящ за медицински устройства, изложени на въздействието на телесни течности и химикали.

Материалът ZTA се произвежда чрез смесване на алуминиев оксид и циркониев прах преди формоване и синтероване, като се използват различни методи, например пръскане или инжектиране на цирконий върху алуминиев оксид. Цирконият може да се комбинира и с други материали като волфрамов карбид, за да се увеличи здравината на крайния продукт. Процесите на формоване и синтероване могат да бъдат съответно адаптирани, за да се оптимизират експлоатационните характеристики; гелокастингът е един такъв популярен метод на производство, като същевременно са проведени изследвания на оптималните условия на производство, като например натоварване с твърдо вещество и температури за оптимални условия на производство на материала за оптимални експлоатационни характеристики.

Устойчивост на износване

Богатите на цирконий керамични композити повишават здравината, якостта и износоустойчивостта в сравнение със самия алуминиев оксид. HMA Wear Solutions проведе тестове, използвайки тези материали в абразивна среда, където ZTA превъзхожда своя аналог поради сходни нива на абразивност; в условията на плъзгащо износване твърдите насрещни повърхности не си взаимодействат, като алуминият обикновено превъзхожда ZTA поради по-високите нива на твърдост, но тази разлика се компенсира от това, че ZTA има по-голяма устойчивост, която по-добре устоява на повреди от удар.

ZTA се отличава от обикновения алуминиев оксид по отношение на устойчивостта на термичен шок. Всъщност е известно, че ZTA издържа на температури до 1773 K, без да се напука или счупи, което го прави идеален за оборудване, което трябва да издържа на драстични температурни промени. Освен това той има по-нисък коефициент на термично разширение в сравнение с обикновените материали от алуминиев оксид, като по този начин намалява натоварването върху него при разширяване и свиване с течение на времето.

ZTA има изключителна якост на разрушаване, което го прави изключително устойчив на ударно натоварване, което го прави идеален избор на материал за компоненти, изложени на механично натоварване, като например уплътнения на клапани. ZTA трябва също така да издържа на многократни ударни натоварвания, без да нарушава способността за уплътняване.

Цирконият е биосъвместим, което означава, че е безопасен за употреба от хора. В съчетание с високата му якост на огъване и твърдост това го прави отличен избор на материал за медицински приложения като тазобедрена протеза. Освен това неговата биосъвместимост и издръжливост го правят подходящ и за други приложения, при които устойчивостта на механични натоварвания е от съществено значение, включително устойчивост на износване от абразия, корозия или химическа ерозия.

Химическа устойчивост

Циркониевият закален алуминий е изключително устойчив на корозия материал, което го прави подходящ за приложения, изложени на въздействието на агресивни химикали или замърсители. Освен това неговата издръжливост му позволява да издържа на постоянни фрикционни натоварвания, без да се стига до повреди или счупвания с течение на времето.

Освен това циркониевите частици, разпръснати в матрица от алуминий, могат да абсорбират топлинна енергия, за да генерират компресивни напрежения, които предотвратяват появата на пукнатини при високи температури - това прави материала особено ефективен за приложения, изискващи непрекъснато излагане на въздействието на топлината, като например компоненти на пещи или компоненти на турбинни двигатели.

Циркониевият закален алуминий се отличава с това, че е способен да се противопостави на образуването на кухини - важна характеристика при керамиката, тъй като кухините могат значително да намалят здравината и да причинят повреда. Циркониевият закален алуминий не се сблъсква с този проблем, тъй като циркониевите частици са равномерно разпръснати в неговата матрица.

Благодарение на своята устойчивост на износване и корозия, циркониевият закален алуминий е отличен материал за режещи инструменти, тъй като е по-дълготраен и по-икономичен от диаманта. Той може да издържи както на интензивен натиск от шлифовъчните дискове, така и на бързи температурни промени, които се случват по време на процесите на шлифоване; освен това производството му струва много по-малко от традиционните диамантени алтернативи.

Продуктите от ZTA осигуряват оптимален баланс между цена и стойност, като са значително по-здрави от продуктите от алуминиев оксид и същевременно са по-евтини от чистия цирконий. Често те се състоят от алуминиево-циркониева матрица, като например керамиката CeramTec Biolox Delta; техните криви на пълзене при огъване показват, че наличието на цирконий не променя значително скоростта на пълзене в стационарно състояние (10-8 s-1 при 1473 K, 110 MPa); въпреки това добавянето му увеличава зависимостта на първичния етап на пълзене от напрежението значително повече за ZTA, отколкото за традиционната алуминиева керамика.

Устойчивост на термичен шок

Циркониевият закален алуминий е идеален материал за приложения, при които оборудването трябва да издържи на резки температурни промени, без да се повреди, благодарение на частиците цирконий, разпръснати в матрицата, които абсорбират топлинната енергия и генерират компресивни напрежения, които помагат да се предотврати образуването на пукнатини - това го прави идеален материал за изграждане на оборудване, предназначено да функционира при екстремни температури.

ZTA е усъвършенствана техническа керамика, която съчетава предимствата на алуминиевия оксид и циркония за постигане на отлична механична якост. Произведени чрез предизвикано от напрежението трансформационно закаляване, фините тетрагонални циркониеви зърна се вграждат в алуминиева матрица, след което се синтероват заедно, за да се образува този материал, който се отличава с изключително висока якост на счупване и висока якост на огъване, което го прави устойчив на удари и ударни натоварвания по-ефективно от други технически керамики.

ZTA се отличава с впечатляваща физическа якост, както и с добра химическа и механична стабилност, което го прави изключително издръжлив. Този материал предлага изключителна устойчивост на корозия срещу агресивни химикали, които се срещат в медицинското оборудване, както и срещу дълги периоди на непрекъснато натоварване, които се срещат в центрофугите. Благодарение на ниския си коефициент на пълзене той може да издържи на продължителни периоди на постоянно натоварване, каквито се наблюдават при продължителна работа на центрофуги на пълен наклон.

Закаленият с цирконий алуминий може да бъде допълнително подсилен с CeO2 и е доказано, че подобрява якостта на огъване и устойчивостта на термичен шок. Освен това добавянето на CeO2 намалява предизвиканото от напрежение напукване на ZTA, като същевременно увеличава якостта на умора поради образуването на дълги ламели от LaMgAl11O19 по време на синтеза in-situ с алуминия.

Електрическа изолация

Great Ceramics предлага съвременни технически керамични продукти като циркониев закален алуминий, за да отговори на разнообразните нужди на клиентите от здравина, издръжливост и устойчивост на износване. Освен това отличните му електроизолационни свойства включват високо съпротивление и ниски стойности на диелектрична константа - перфектни за части, изискващи едновременно механични и електрически свойства. Циркониевият закален алуминий е сред тях! Great Ceramics произвежда различни продукти от циркониев закален алуминий, така че клиентите да имат на разположение най-добрите решения, които да ги удовлетворят.

ZTA съчетава високата твърдост и якост на счупване на алуминиевия оксид с отличната химическа и термична стабилност на циркония за постигане на максимална производителност. Можем да адаптираме съотношението на алуминиев оксид и цирконий според спецификациите на клиента; например, увеличаване на якостта на огъване чрез увеличаване на съдържанието на цирконий или намаляването му ще подобри якостта на счупване или други свойства.

Циркониевият закален алуминий се произвежда чрез смесване на диспергирани частици цирконий с тетрагонална фаза в матрица от алуминиев оксид преди синтероване при различни температури, за да се получи материал с желаната якост на счупване, твърдост и устойчивост на пълзене. Чрез избора на оптимална температура за синтероване можем да произведем материал с желаните свойства на якост на разрушаване, твърдост и устойчивост на пълзене.

От анализа на SEM се вижда, че алуминиево-циркониевите композити с по-малък размер на зърната и по-ниска температура на синтероване демонстрират по-висока якост на разрушаване. Това вероятно се дължи на по-малката енергия на пукнатината и по-малката дължина на пукнатината поради наличието на по-малко зърна на единица площ.

Алуминиево закаленият цирконий (ATZ) е многокомпонентна керамика, съставена от фино диспергиран циркониев прах с тетрагонална фаза, суспендиран в матрица от алуминиев оксид при високи температури. Този материал се отличава с впечатляващи свойства на механична якост, твърдост и якост на трансформация, което го прави подходящ за приложения, включително електролити на твърдооксидни горивни клетки, както и за структурни и полупроводникови материали. Когато се комбинира заедно, той предлага значително по-висока твърдост, издръжливост на разрушаване и устойчивост на износване от еднокомпонентния си аналог само от алуминиев оксид при значително по-ниски разходи.