Zirconia temprata con allumina - ZTA

La zirconia temprata con allumina (ZTA) è un materiale ceramico tecnico avanzato che combina la forza e la tenacità dell'allumina con elevate caratteristiche di resistenza all'usura, offrendo eccezionali proprietà di resistenza alla corrosione e all'usura per l'uso in una vasta gamma di applicazioni industriali.

Le particelle di zirconia di ZTA si trasformano da tetragonali a monocliniche sotto sforzo, producendo una tensione di compressione che impedisce la propagazione delle cricche, rendendo questo materiale molto più duraturo della ceramica di allumina pura.

Durezza

Lo ZTA è un materiale composito di allumina-zirconia con eccezionali proprietà meccaniche. In grado di sopportare sollecitazioni elevate, la sua durezza lo rende un materiale eccellente per le mole che devono resistere all'abrasione e all'attrito; inoltre, resiste alla corrosione e agli shock termici, tutte caratteristiche che rendono lo ZTA adatto ad applicazioni industriali, tra cui componenti di forni e parti di motori a turbina.

L'allumina temprata con zirconio (ZTA) è un materiale composito di allumina e ossido di zirconio con una tenacità alla frattura significativamente maggiore rispetto all'allumina pura, che lo rende più capace di resistere alla propagazione delle cricche. La tenacità è ottenuta grazie alle trasformazioni di fase delle particelle di zirconia disperse in una matrice di allumina sottoposta a stress; quando sono sottoposte a stress, queste particelle di zirconia cambiano fase dalla struttura cristallina tetragonale a quella monoclinica, aumentando il volume delle particelle mentre le sollecitazioni di compressione riducono la propagazione delle cricche e aumentano la tenacità alla frattura.

ZTA è in grado di immagazzinare efficacemente l'energia termica per limitare la propagazione delle crepe. Le particelle di zirconio disperse in una matrice di allumina sono in grado di assorbire e immagazzinare l'energia termica per offrire un'eccezionale resistenza agli shock termici in ambienti ad alta temperatura e una protezione superiore dalla corrosione chimica, rendendolo adatto ai dispositivi medici esposti a fluidi corporei e sostanze chimiche.

Il materiale ZTA viene prodotto mescolando polveri di allumina e zirconia prima dello stampaggio e della sinterizzazione, utilizzando vari metodi come la spruzzatura o l'iniezione di zirconia sull'allumina. La zirconia può anche essere combinata con altri materiali, come il carburo di tungsteno, per aumentare la resistenza del prodotto finale. I processi di formazione e sinterizzazione possono essere adattati di conseguenza per ottimizzare le prestazioni; il gelcasting è uno dei metodi di produzione più diffusi, mentre sono state condotte ricerche sulle condizioni ottimali di fabbricazione, come i carichi solidi e le temperature, per ottimizzare le prestazioni del materiale.

Resistenza all'usura

I compositi ceramici ricchi di zirconio aumentano la tenacità, la forza e la resistenza all'usura rispetto alla sola allumina. HMA Wear Solutions ha condotto test utilizzando questi materiali in ambienti abrasivi, dove lo ZTA ha superato la sua controparte grazie a livelli simili di abrasività; in condizioni di usura per scorrimento, le controparti dure non interagiscono, con l'allumina che in genere supera lo ZTA grazie a livelli di durezza più elevati, ma questa differenza è compensata dalla maggiore resilienza dello ZTA, che resiste meglio ai danni da impatto.

Lo ZTA si distingue dalla normale allumina per la resistenza agli shock termici. Infatti, lo ZTA è noto per resistere a temperature fino a 1773 K senza incrinarsi o rompersi, il che lo rende perfetto per le apparecchiature che devono sopportare drastiche variazioni di temperatura. Inoltre, ha un coefficiente di espansione termica più basso rispetto ai normali materiali in allumina, riducendo così la tensione esercitata su di esso quando si espande e si contrae nel tempo.

Lo ZTA ha un'eccezionale tenacità alla frattura, che lo rende altamente resistente ai carichi d'urto, e rappresenta la scelta ideale per i componenti esposti a sollecitazioni meccaniche, come le guarnizioni delle valvole. Lo ZTA deve inoltre sopportare carichi d'urto ripetuti senza compromettere la capacità di tenuta.

La zirconia è biocompatibile, quindi sicura per l'uso umano. In combinazione con l'elevata resistenza alla flessione e la durezza, è un materiale eccellente per applicazioni mediche come la sostituzione dell'anca. Inoltre, la biocompatibilità e la durata lo rendono adatto anche ad altri usi in cui la resistenza alle sollecitazioni meccaniche è essenziale, compresa la resistenza all'usura da abrasione, corrosione o erosione chimica.

Resistenza chimica

L'allumina temprata di zirconio è un materiale estremamente resistente alla corrosione, che lo rende adatto ad applicazioni esposte a sostanze chimiche o contaminanti aggressivi. Inoltre, la sua durabilità gli consente di sopportare costanti sollecitazioni di attrito senza che si verifichino danni o rotture nel tempo.

Inoltre, le particelle di zirconia disperse in una matrice di allumina possono assorbire l'energia termica per generare tensioni di compressione che impediscono la formazione di cricche ad alte temperature: questo rende il materiale particolarmente efficace per le applicazioni che richiedono un'esposizione continua, come i componenti di forni o di motori a turbina.

L'allumina temprata con zirconio si distingue per la sua capacità di resistere alla formazione di vuoti, una caratteristica importante per le ceramiche, in quanto i vuoti possono ridurre significativamente la resistenza e causare guasti. L'allumina temprata con zirconio non presenta questo problema, poiché le particelle di zirconio sono uniformemente disperse nella matrice.

Grazie alla sua resistenza all'usura e alla corrosione, l'allumina temprata di zirconio è un materiale eccellente per gli utensili da taglio, grazie alla sua durata superiore e all'efficienza dei costi rispetto al diamante. Può sopportare sia l'intensa pressione delle mole sia i rapidi sbalzi di temperatura che si verificano durante i processi di rettifica; inoltre, la sua produzione costa molto meno rispetto alle tradizionali alternative in diamante.

I prodotti ZTA offrono un equilibrio ottimale tra costi e valore, essendo significativamente più resistenti dei prodotti in allumina e meno costosi della zirconia pura. Spesso sono costituiti da una matrice di allumina-zirconia, come la ceramica Biolox Delta di CeramTec; le loro curve di creep a flessione mostrano che la presenza di zirconia non modifica in modo significativo la velocità di creep allo stato stazionario (10-8 s-1 a 1473 K, 110 MPa); tuttavia, la sua aggiunta aumenta la dipendenza dalle sollecitazioni dello stadio di creep primario in modo significativamente maggiore per la ZTA rispetto alla tradizionale ceramica di allumina.

Resistenza agli shock termici

L'allumina temprata di zirconio è un materiale ideale per le applicazioni in cui le apparecchiature devono resistere a sbalzi di temperatura senza subire danni, grazie alle particelle di zirconio disperse nella sua matrice che assorbono l'energia termica e generano tensioni di compressione che aiutano a prevenire la formazione di crepe.

ZTA è una ceramica tecnica avanzata che combina i vantaggi di allumina e zirconia per una resistenza meccanica superiore. Prodotti attraverso la tempra di trasformazione indotta da stress, i fini grani di zirconia tetragonale sono incorporati in una matrice di allumina prima di essere sinterizzati insieme per formare questo materiale che vanta un'elevatissima tenacità alla frattura e un'alta resistenza alla flessione, che lo rendono resistente agli urti e ai carichi d'impatto in modo più efficace rispetto ad altre ceramiche tecniche.

Lo ZTA si distingue per l'impressionante forza fisica e la buona stabilità chimica e meccanica, che lo rendono estremamente durevole. Questo materiale offre un'eccezionale resistenza alla corrosione contro le sostanze chimiche aggressive presenti nelle apparecchiature mediche e ai lunghi periodi di stress continuo che si verificano nelle centrifughe. Grazie al suo basso tasso di scorrimento, può sopportare periodi prolungati di stress costante, come quelli che si verificano quando le centrifughe funzionano a pieno ritmo per periodi prolungati.

L'allumina temprata con zirconio può essere ulteriormente rafforzata con CeO2 e ha dimostrato di migliorare la sua resistenza alla flessione e agli shock termici. Inoltre, l'aggiunta di CeO2 riduce la cricca indotta da stress della ZTA e contemporaneamente aumenta la resistenza alla fatica grazie alla formazione di lunghe lamelle di LaMgAl11O19 durante la sintesi in situ con l'allumina.

Isolamento elettrico

Great Ceramics offre prodotti ceramici tecnici avanzati come l'allumina temprata di zirconio per soddisfare le diverse esigenze dei clienti in termini di forza, durata e resistenza all'usura. Inoltre, le sue eccellenti proprietà di isolamento elettrico comprendono l'elevata resistività e i bassi valori di costante dielettrica, perfetti per le parti che richiedono proprietà sia meccaniche che elettriche. L'allumina temprata di zirconio è tra questi! Great Ceramics produce diversi prodotti in allumina temprata di zirconio, in modo che i clienti abbiano a disposizione le migliori soluzioni per soddisfare le loro esigenze.

Lo ZTA combina l'elevata durezza e tenacità alla frattura dell'allumina con l'eccellente stabilità chimica e termica dell'ossido di zirconio per ottenere le massime prestazioni. Possiamo personalizzare il rapporto tra allumina e zirconia in base alle specifiche del cliente; ad esempio, aumentando il contenuto di zirconia si aumenta la resistenza alla flessione, mentre diminuendolo si migliora la tenacità alla frattura o altre proprietà.

L'allumina temprata con zirconio si ottiene mescolando particelle di zirconio in fase tetragonale disperse in una matrice di allumina prima di sinterizzare a varie temperature per produrre materiale con tenacità alla frattura, durezza e resistenza allo scorrimento desiderate. Selezionando una temperatura ottimale per la sinterizzazione, si può produrre un materiale con le proprietà desiderate di tenacità alla frattura, durezza e resistenza al creep.

Dall'analisi SEM, si può notare che i compositi allumina-zirconia con grani di dimensioni ridotte e temperatura di sinterizzazione più bassa dimostrano una maggiore tenacità alla frattura. Ciò è probabilmente dovuto alla minore energia della cricca e alla minore lunghezza della cricca dovuta alla presenza di un minor numero di grani per unità di superficie.

La zirconia temprata con allumina (ATZ) è una ceramica multicomponente composta da polvere di zirconia in fase tetragonale finemente dispersa in una matrice di allumina ad alta temperatura. Questo materiale vanta notevoli proprietà di resistenza meccanica, tenacità e tenacità di trasformazione, che lo rendono adatto ad applicazioni quali gli elettroliti di celle a combustibile a ossidi solidi e i materiali strutturali e per semiconduttori. Combinato insieme, offre una durezza, una tenacità alla frattura e una resistenza all'usura nettamente superiori rispetto alla sola allumina monocomponente, a costi notevolmente ridotti.

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