Zirkónia tvrdená alumina (ZTA) keramika je kompozitný materiál, ktorý kombinuje vysokú tvrdosť a opotrebovanie odolnosti hlinitého s húževnatosťou a odolnosťou zirkónia zlomenín. Pomer zirkónia k alumine v keramike ZTA hrá rozhodujúcu úlohu pri určovaní jej vlastností, čo zase ovplyvňuje jej výkon v rôznych aplikáciách. Ako dodávateľ keramiky ZTA som bol svedkom z prvej ruky vplyv tohto pomeru na kvalitu a funkčnosť našich výrobkov. V tomto blogu sa ponorím do toho, ako pomer Zirkónia - alumina ovplyvňuje vlastnosti ZTA keramiky.
Mechanické vlastnosti
Tvrdosť
Hliník je známy svojou vysokou tvrdosťou. Ak je podiel hlinitého v ZTA keramike relatívne vysoký, celková tvrdosť materiálu má tendenciu byť väčšia. Vyšší obsah alumíny poskytuje tuhú maticu, ktorá odoláva odsadeniu a poškriabaniu. Napríklad v aplikáciách, kde je odpor oderu nanajvýš dôležitý, napríkladZTA keramické dlaždicePoužíva sa v priemyselných podlahách s vysokou dopravou, keramika ZTA s vyšším pomerom oxidu hliníka vydrží nepretržité opotrebenie lepšie. Zrny z hliníka pôsobia ako tvrdé častice, ktoré môžu účinne odolať abrazívnym silám vyvíjaným pohybujúcimi sa objektmi alebo časticami.
Avšak so zvyšujúcim sa obsahom zirkónie môže tvrdosť mierne znížiť. Zirkónia má nižšiu tvrdosť v porovnaní s hlinitou. Toto zníženie tvrdosti je však často kompenzované významným zlepšením iných mechanických vlastností, ako je húževnatosť.
Tvrdosť
Zirkónia prispieva k tvrdeniu keramiky ZTA prostredníctvom mechanizmu nazývaného stvrdnutie transformácie. Keď sa trhlina šíri cez keramiku, častice zirkónov môžu podstúpiť fázovú transformáciu z tetragonálnej fázy do monoklinickej fázy. Táto fázová transformácia je sprevádzaná expanziou objemu, ktorá vytvára tlakové napätie okolo špičky trhlín. Tieto tlakové napätia bránia ďalšiemu šíreniu trhlín, čím sa zvyšuje húževnatosť materiálu.
Ako sa zvyšuje pomer zirkónia k alumine, zvyšuje sa aj množstvo zirkónia dostupných na spevnenie transformácie. To vedie k podstatnému zlepšeniu zlomeniny z keramiky ZTA. Napríklad pri aplikáciách na rezanie nástrojov môže keramika ZTA s vyšším obsahom zirkónov lepšie odolávať podmienkam vysokého stresu počas rezania, čím sa zníži pravdepodobnosť zlyhania nástroja v dôsledku praskania.
Sila
Pevnosť ZTA keramiky je tiež ovplyvnená pomerom zirkónia - alumina. Na dosiahnutie optimálnej pevnosti je potrebná správna rovnováha medzi týmito dvoma komponentmi. Pri obsahu s nízkym obsahom zirkónov je pevnosť určená hlavne matricou aluminy. Prítomnosť malého množstva zirkónov však môže zvýšiť silu pôsobením ako inhibítor rastu zŕn, čím bráni rastu veľkých zrn hliníkových zŕn, ktoré môžu pôsobiť ako slabé body v materiáli.
Keď sa obsah zirkónia zvyšuje, sila sa môže spočiatku zvýšiť v dôsledku tvrdenia zirkónia. Ak sa však obsah zirkónia stane príliš vysokým, materiál sa môže stať pórovitejším a väzba medzi zrnami môže byť oslabená, čo vedie k zníženiu sily.
Tepelné vlastnosti
Tepelná vodivosť
Hliník má v porovnaní so zirkónmi relatívne vysokú tepelnú vodivosť. Ako sa zvyšuje obsah alumíny v keramike ZTA, zvyšuje sa aj celková tepelná vodivosť materiálu. Táto vlastnosť je dôležitá v aplikáciách, kde sa vyžaduje rozptyl tepla. Napríklad pri elektronickom balení môže ZTA keramika s vyšším obsahom alumíny efektívnejšie prenášať teplo od elektronických komponentov, čím zabráni prehriatiu.
Na druhej strane, zirkónia má nízku tepelnú vodivosť. Vyšší obsah zirkónia v keramike ZTA môže byť prospešný v aplikáciách, kde je potrebná tepelná izolácia. Napríklad v niektorých výstelkách na vysokej teplote môže keramika ZTA s relatívne vysokým obsahom zirkónia pomôcť znížiť tepelné straty.
Tepelná expanzia
Koeficient tepelnej expanzie keramiky ZTA je tiež ovplyvnený pomerom zirkónia - alumina. Hliník má nižší koeficient tepelnej expanzie v porovnaní s zirkónmi. Ak je obsah aluminy vysoký, keramika ZTA bude mať nižší koeficient tepelnej expanzie. To je dôležité v aplikáciách, kde je rozhodujúca rozmerová stabilita pri rôznych teplotách. Napríklad v presných komponentoch si zTA keramika s nízkym koeficientom rozširovania tepelného rozširovania môže udržiavať svoj tvar a rozmery presne v širokom teplotnom rozsahu.
Chemické vlastnosti
Chemický odpor
Hliník aj zirkón majú dobrú chemickú rezistenciu. Hliník je rezistentná na mnohé kyseliny a alkalis, zatiaľ čo zirkón tiež vykazuje vynikajúcu chemickú stabilitu v rôznych prostrediach. Chemická odolnosť zTA keramiky je vo všeobecnosti vysoká a nie je významne ovplyvnená pomerom zirkónia a hlinitého v primeranom rozsahu. V niektorých špecifických chemických prostrediach však môže byť výber pomeru ovplyvnený reaktivitou komponentov. Napríklad v kyslom prostredí, kde môže byť zirkón stabilnejšia ako hlinit, môže byť preferovaný vyšší obsah zirkónia.
Elektrické vlastnosti
Elektrická izolácia
Hliník je dobre známy elektrický izolátor. Zirkónia má tiež dobré elektrické izolačné vlastnosti. Elektrická izolácia ZTA keramiky je určená hlavne vlastnosťami jednotlivých komponentov. Vyšší obsah alumíny vo všeobecnosti vedie k lepšej elektrickej izolácii. V aplikáciách elektrického izolátora, ako napríklad v systémoch vysokého napätia, môže keramika ZTA s vysokým pomerom hlinitého poskytnúť spoľahlivú elektrickú izoláciu.
Odpor
Odolnosť keramiky ZTA je komplexnou funkciou jej mechanických a mikroštruktúrnych vlastností, ktoré sú ovplyvnené pomerom zirkónia a hlinitého. Keramika s vysokým obsahom hliníka zta ponúka dobrý odolnosť proti opotrebovaniu v držiteľnom stave kvôli svojej vysokej tvrdosti. Ale v aplikáciách, kde je opotrebovanie lepidla, môže byť vhodnejšia keramika ZTA s vyšším obsahom zirkónov. Vylepšená húževnatosť poskytnutá zirkóniami môže zabrániť oddeleniu materiálu počas opotrebenia lepidla, čo vedie k lepšej celkovej odolnosti proti opotrebeniu.
Aplikácie a optimálny pomer
Optimálny pomer zirkónia - alumina závisí od konkrétnych požiadaviek na aplikáciu. V prípade aplikácií, ktoré vyžadujú vysokú odolnosť voči tvrdosti a opotrebeniu, ako sú keramické dlaždice a guľové ložiská, sa môže uprednostňovať keramika ZTA s relatívne vysokým obsahom hlinitého (napr. 90 - 95% hlinitého a 5 - 10% zirkónia).
V aplikáciách, kde je kritická odolnosť voči húževnatosti a zlomenín, je vhodnejšia je keramika ZTA s vyšším obsahom zirkónov (napr. 20 - 30% zirkónia a 70 - 80% hlinitého hlinitého).
Ako dodávateľ ZTA keramiky môžeme ponúknuť širokú škálu keramických výrobkov ZTA s rôznymi pomermi zirkónia - alumina, aby sme uspokojili rôzne potreby našich zákazníkov. Či už ste v priemyselnom, lekárskom alebo spotrebnom tovare, máme odborné znalosti a zdroje, ktoré vám poskytnú správne keramické riešenie ZTA.
Ak vás zaujímajú naše keramické výrobky ZTA alebo by ste chceli diskutovať o vašich konkrétnych požiadavkách, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali na konzultáciu o obstarávaní. Náš tím expertov je pripravený pomôcť vám pri výbere najvhodnejšej ztA keramiky na základe pomeru zirkónia a hlinitého a ďalších vlastností.
Odkazy
- RF Davis, „Zirkónia tvrdená alumina: spracovanie, mikroštruktúra a mechanické vlastnosti“, Journal of American Ceramic Society, roč. 72, č. 10, 1989.
- Y. - W. Mai a B. Cotterell, „Mechanika transformácie - Tvrdená keramika“, Journal of Materials Science, roč. 17, č. 11, 1982.
- MN Rahaman, „Keramické spracovanie a spekanie“, druhé vydanie, CRC Press, 2003.