Alumina keményített cirkónium-dioxid - ZTA

Az Alumina Toughened Zirconia (ZTA) egy fejlett műszaki kerámiaanyag, amely az alumínium-oxid szilárdságát és szívósságát magas kopásállósági jellemzőkkel ötvözi, kivételes korrózió- és kopásállósági tulajdonságokat kínálva számos ipari alkalmazásban.

A ZTA cirkónium-dioxid részecskéi terhelés hatására tetragonálisból monoklinre alakulnak át, ami olyan nyomófeszültséget eredményez, amely megakadályozza a repedések terjedését - így ez az anyag sokkal tartósabb, mint a tiszta alumínium-oxid kerámia.

Keménység

A ZTA egy alumínium-zirkónium-dioxid kompozit anyag, amely kivételes mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. A nagy igénybevételeknek ellenálló keménységének köszönhetően a ZTA kiváló anyagválasztás olyan csiszolókorongokhoz, amelyeknek ellen kell állniuk a kopásnak és a súrlódásnak; emellett ellenáll a korróziónak és a termikus sokknak - mindezek a tulajdonságok alkalmassá teszik a ZTA-t olyan ipari alkalmazásokhoz, mint a kemencék alkatrészei és a turbinamotorok alkatrészei.

A cirkónium-dioxiddal edzett timföld (ZTA) egy timföld-cirkónium-oxid kompozit anyag, amely a tiszta timföldhöz képest jelentősen megnövelt törési szívóssággal rendelkezik, így jobban ellenáll a repedések terjedésének. A szívósságot az alumínium-oxid mátrixban diszpergált cirkónium-dioxid részecskék fázisátalakulása révén érik el feszültség alatt; feszültség hatására ezek a cirkónium-dioxid részecskék tetragonális kristályszerkezetről monoklin kristályszerkezetűre változtatják fázisukat, növelve a részecskék térfogatát, miközben a nyomófeszültségek csökkentik a repedés terjedését, miközben növelik a törési szívósságot.

A ZTA hatékonyan képes tárolni a hőenergiát a repedések terjedésének korlátozása érdekében. Mint ilyen, az alumínium-oxid mátrixban diszpergált cirkónium-dioxid részecskék képesek elnyelni és tárolni a hőenergiát, hogy magas hőmérsékletű környezetben kiemelkedő ellenállást biztosítsanak a termikus sokkokkal szemben, valamint kiváló kémiai korrózióvédelmet - így alkalmas a testnedveknek és vegyi anyagoknak kitett orvosi eszközökhöz.

A ZTA-anyagot alumínium- és cirkónium-dioxid porok összekeverésével állítják elő az öntés és szinterezés előtt, különböző módszerekkel, például a cirkónium-dioxid alumínium-dioxidra történő permetezésével vagy befecskendezésével. A cirkónium-dioxidot más anyagokkal, például volfrámkarbiddal is kombinálhatják a végtermék szilárdságának növelése érdekében. A formázási és szinterelési folyamatok a teljesítmény optimalizálása érdekében ennek megfelelően alakíthatók; a gélöntés az egyik ilyen népszerű gyártási módszer, míg az optimális anyagteljesítményt biztosító optimális gyártási feltételek, például a szilárdanyag-terhelések és hőmérsékletek kutatását végezték el az optimális anyaggyártási feltételek érdekében.

Kopásállóság

A cirkónium-dioxidban gazdag kerámia kompozitok növelik a szívósságot, a szilárdságot és a kopásállóságot a csak alumínium-oxiddal szemben. A HMA Wear Solutions teszteket végzett ezekkel az anyagokkal koptató környezetben, ahol a ZTA a hasonló szintű koptatóerő miatt felülmúlta a másik anyagot; a csúszó kopási körülmények között a kemény ellenfelek nem hatottak egymásra, az alumínium-oxid a magasabb keménységi szintek miatt jellemzően felülmúlta a ZTA-t, de ezt a különbséget ellensúlyozza, hogy a ZTA nagyobb rugalmassággal rendelkezik, amely jobban ellenáll az ütés okozta sérüléseknek.

A ZTA a termikus sokkokkal szembeni ellenállás tekintetében különbözik a hagyományos timföldtől. Valójában a ZTA arról ismert, hogy akár 1773 K hőmérsékletet is kibír repedés vagy törés nélkül, így tökéletes olyan berendezésekhez, amelyeknek drasztikus hőmérséklet-változásokat kell elviselniük. Továbbá, a hagyományos timföldhöz képest alacsonyabb a hőtágulási együtthatója, ezáltal csökkenti a rá ható terhelést, mivel idővel kitágul és összehúzódik.

A ZTA kiváló törési szívóssággal rendelkezik, így rendkívül ellenálló az ütőterheléssel szemben, így ideális anyag a mechanikai igénybevételnek kitett alkatrészekhez, például szeleptömítésekhez. A ZTA-nak ellen kell állnia az ismétlődő ütőterhelésnek is anélkül, hogy a tömítési képesség romlana.

A cirkónium-dioxid biokompatibilis, azaz biztonságos emberi használatra. Nagy hajlítószilárdságával és keménységével együtt ez kiváló anyagválasztássá teszi az olyan orvosi alkalmazásokhoz, mint a csípőprotézisek. Ezenkívül biokompatibilitása és tartóssága alkalmassá teszi más olyan felhasználási célokra is, ahol a mechanikai igénybevételnek való ellenállás elengedhetetlen, beleértve a kopás, a korrózió vagy a kémiai erózió okozta kopásállóságot.

Kémiai ellenállás

A cirkónium-dioxiddal edzett alumínium-oxid rendkívül korrózióálló anyag, így alkalmas a durva vegyi anyagoknak vagy szennyeződéseknek kitett alkalmazásokhoz. Ezenkívül tartóssága lehetővé teszi, hogy az állandó súrlódási igénybevételt idővel bekövetkező károsodás vagy törés nélkül elviselje.

Az alumínium-oxid mátrixban eloszlatott cirkónium-dioxid részecskék képesek elnyelni a hőenergiát, hogy olyan nyomófeszültségeket hozzanak létre, amelyek megakadályozzák a repedések kialakulását magas hőmérsékleten - ez különösen hatékonnyá teszi az anyagot a folyamatos expozíciót igénylő alkalmazásokban, például kemencék vagy turbinamotorok alkatrészeinél.

A cirkónium-dioxiddal edzett alumínium-oxid kiemelkedik azáltal, hogy képes ellenállni az üregek kialakulásának, ami fontos tulajdonság a kerámiáknál, mivel az üregek jelentősen csökkenthetik a szilárdságot és tönkremenetelt okozhatnak. A cirkónium-dioxiddal edzett alumínium-oxid nem küzd ezzel a problémával, mivel a cirkónium-dioxid részecskék egyenletesen eloszlanak a mátrixban.

Kopás- és korrózióállósága miatt a cirkónium-dioxid edzett timföld kiváló anyag a forgácsolószerszámok számára, mivel a gyémánthoz képest kiváló tartóssággal és költséghatékonysággal rendelkezik. Ellenáll mind a csiszolókorongok által kifejtett intenzív nyomásnak, mind a csiszolási folyamatok során fellépő gyors hőmérsékletváltozásoknak; ráadásul előállítása sokkal kevesebbe kerül, mint a hagyományos gyémánt alternatíváké.

A ZTA termékek optimális egyensúlyt biztosítanak a költség és az érték között, mivel lényegesen erősebbek, mint a timföldes termékek, ugyanakkor olcsóbbak, mint a tiszta cirkónium-dioxid. Gyakran alumínium-zirkónium-dioxid mátrixból állnak, mint például a CeramTec kerámia Biolox Delta; hajlító kúszási görbéik azt mutatják, hogy a cirkónium-dioxid jelenléte nem változtatja meg jelentősen az állandósult kúszási sebességet (10-8 s-1 1473 K-nál, 110 MPa); azonban a hozzáadása jelentősen növeli az elsődleges kúszási szakasz feszültségfüggését a ZTA esetében, mint a hagyományos alumínium-dioxid-kerámia esetében.

Hősokk-ellenállás

A cirkónium-dioxiddal edzett alumínium-oxid ideális anyag olyan alkalmazásokhoz, ahol a berendezéseknek sérülés nélkül kell ellenállniuk a hirtelen hőmérséklet-változásoknak, köszönhetően a mátrixában eloszlatott cirkónium-dioxid-részecskéknek, amelyek elnyelik a hőenergiát és nyomófeszültségeket hoznak létre, amelyek segítenek megakadályozni a repedések kialakulását - ez teszi ideális anyaggá a szélsőséges hőmérsékleten való működésre tervezett berendezések építéséhez.

A ZTA egy fejlett technikai kerámia, amely egyesíti az alumínium-oxid és a cirkónium-dioxid előnyeit a kiváló mechanikai szilárdság érdekében. A feszültség indukálta átalakulással történő keményítéssel előállított finom tetragonális cirkónium-dioxid szemcsék alumínium-dioxid mátrixba ágyazódnak, majd összeszinterezik őket, így alakul ki ez az anyag, amely rendkívül nagy törési szívóssággal és nagy hajlítószilárdsággal büszkélkedhet, így más műszaki kerámiáknál hatékonyabban ellenáll az ütéseknek és az ütőterhelésnek.

A ZTA lenyűgöző fizikai szilárdsággal, valamint jó kémiai és mechanikai stabilitással tűnik ki, ami rendkívül tartósvá teszi. Ez az anyag kiváló korrózióállóságot biztosít az orvosi berendezésekben található durva vegyi anyagokkal, valamint a centrifugákban található hosszú ideig tartó folyamatos igénybevételekkel szemben. Alacsony kúszási sebességének köszönhetően ellenáll a hosszan tartó folyamatos igénybevételnek, mint például a centrifugák hosszabb ideig tartó, teljes fordulatszámon történő működése során.

A cirkónium-dioxiddal edzett alumínium-oxid CeO2-vel tovább erősíthető, és bizonyítottan javítja mind a hajlítószilárdságot, mind a termikus sokkokkal szembeni ellenállást. Továbbá, a CeO2 hozzáadása csökkenti a ZTA feszültség okozta repedését, miközben egyidejűleg növeli a fáradási szilárdságot a LaMgAl11O19 hosszú lamelláinak a timfölddel való in-situ szintézis során történő kialakulása miatt.

Elektromos szigetelés

A Great Ceramics fejlett műszaki kerámiatermékeket kínál, például cirkónium-dioxiddal edzett alumínium-oxidot, hogy megfeleljen az ügyfelek szilárdsággal, tartóssággal és kopásállósággal kapcsolatos különböző igényeinek. Továbbá a kiváló elektromos szigetelési tulajdonságai közé tartozik a magas ellenállás és az alacsony dielektromos állandó értéke - tökéletes a mechanikai és elektromos tulajdonságokat egyaránt igénylő alkatrészekhez. A cirkónium-dioxid edzett timföld ezek közé tartozik! A Great Ceramics különböző cirkónium-dioxid edzett alumínium-oxid termékeket gyárt, így az ügyfelek számára a legjobb megoldások állnak rendelkezésre.

A ZTA egyesíti az alumínium-oxid nagy keménységét és törési szívósságát a cirkónium-dioxid kiváló kémiai és termikus stabilitásával a maximális teljesítmény érdekében. A timföld és a cirkónium-dioxid arányát az ügyfél specifikációinak megfelelően tudjuk testre szabni; például a hajlítószilárdság növelése a cirkónium-dioxid-tartalom növelésével, vagy csökkentése javítja a törési szívósságot vagy más tulajdonságokat.

A cirkónium-dioxiddal edzett alumínium-oxidot úgy állítják elő, hogy a különböző hőmérsékleten történő szinterezés előtt a kívánt törési szívóssággal, keménységgel és kúszásállósággal rendelkező anyag előállítása érdekében a tetragonális fázisú cirkónium-dioxid-részecskéket alumínium-oxid mátrixban eloszlatják. A szinterezés optimális hőmérsékletének kiválasztásával a kívánt törési szívóssággal, keménységgel és kúszásállósággal rendelkező anyagot állíthatunk elő.

A SEM-elemzésből látható, hogy a kisebb szemcseméretű és alacsonyabb szinterelési hőmérsékletű alumínium-zirkónium-dioxid kompozitok kiváló törési szívósságot mutatnak. Ez valószínűleg annak köszönhető, hogy kisebb a repedési energia és rövidebb a repedés hossza, mivel egységnyi területre vetítve kevesebb szemcse van.

Az alumínium-acéllal keményített cirkónium-dioxid (ATZ) egy többkomponensű kerámia, amely magas hőmérsékleten alumínium-acél mátrixban szuszpendált, finoman diszpergált, tetragonális fázisú cirkónium-dioxid porból áll. Ez az anyag lenyűgöző mechanikai szilárdsággal, szívóssággal és átalakulási szívóssággal rendelkezik, így alkalmas többek között szilárdoxid-üzemanyagcellák elektrolitjainak, valamint szerkezeti és félvezető anyagoknak az alkalmazására. Az anyag együttesen lényegesen nagyobb keménységet, törési szívósságot és kopásállóságot biztosít, mint az egykomponensű alumínium-oxid önmagában, jelentősen csökkentett költségek mellett.