Dlaczego ceramika kompozytowa? Czym różnią się Zirconia tempered Alumina i Alumina Toughened Zirconia?

Ceramika kompozytowa wyróżnia się w nauce o materiałach, osiągając przytłaczające postępy. Tlenek glinu hartowany cyrkonią i Alumina hartowana cyrkonia to dwa kompozyty ceramiczne, które oferują dobroć cyrkonii i tlenku glinu. Poniższy artykuł wymienia wszystkie główne różnice między Tlenek glinu hartowany cyrkonem i wzmocnionego tlenkiem glinu cyrkonu jako ceramiki.

Tlenek cyrkonii i glinu: przegląd

Glinka I Cyrkonia są dwoma najczęściej używanymi materiałami ceramicznymi w inżynierii. Tlenek glinu jest znany ze swojej dobrej przewodności cieplnej i doskonałej twardości. Tlenek cyrkonii jest znany ze swojej doskonałej wytrzymałości i odporności termicznej. Wytrzymałość i odporność termiczna tlenku cyrkonii zapewnia odporność mechaniczną uzyskiwaną w wysokiej temperaturze i przy wyższym naprężeniu.

Właściwości cyrkonii i ceramiki cyrkonowej (ZrO2)

Tlenek cyrkonu, czasami znany jako cyrkonia, występuje zazwyczaj w białej krystalicznej formie znanej jako Baddeleyite. Jest to jeden z najlepiej zbadanych materiałów ceramicznych i ma formę jednoskośną. Cyrkonia wykazuje również przejście do formy tetragonalnej i sześciennej w wyższej temperaturze roboczej. Cyrkonia ulega stabilizacji po dodaniu różnych związków, takich jak yttria, co opóźni zmiany form.

Główne zastosowania cyrkonii to produkcja twardej ceramiki, ponieważ tworzy materiały ogniotrwałe, materiały ścierne i szkliwa. Tworzy również elementy dentystyczne ze względu na swoją biokompatybilną naturę. Stabilizowana cyrkonia jest często stosowana w czujnikach tlenu i ogniwach paliwowych. Ma wysoką przewodność jonową i jest z powodzeniem stosowana w elektroceramice

Właściwości ceramiki cyrkonowej są tutaj wymienione 

Ceramika glinowa i właściwości ceramiki glinowej (Al2O3)

rAlumina lub tlenek glinu jest również nazywany Aloxide i Alundum. Tlenek glinu jest jednym z najlepszych izolatorów elektrycznych oferujących wyższą przewodność cieplną. Jest on na ogół nierozpuszczalny w wodzie i powszechnie występuje w formie krystalicznej znanej jako Corundum. Oferuje doskonałą biokompatybilność i obojętność, co czyni go idealnym do urządzeń medycznych.

Tlenek glinu wykazuje wysoką twardość, odporność na zużycie i odporność na sytuacje mniejszej erozji. Wysoka odporność na temperaturę, stabilność termiczna i dobra przewodność cieplna to inne dodatkowe korzyści wynikające z jego stosowania Ceramika glinowa. Ceramika glinowa nadaje się często do zastosowań w wysokich temperaturach, np. jako termopara w reaktorach lub systemach grzewczych.

Właściwości ceramicznego tlenku glinu są wymienione poniżej:

Tlenek cyrkonii kontra tlenek glinu

Poniższa tabela przedstawia porównanie dwóch elementów stosowanych w ZTA i ATZ.

Tlenek glinu wzmocniony cyrkonią (Al2O3-ZrO2)

Tlenek glinu hartowany cyrkonią jak sama nazwa wskazuje jest to połączenie cyrkonii i tlenku glinu. Cyrkonia to tlenek cyrkonu, który jest obecny w materiale w 1/5 lub 1/10 Tlenek glinu hartowany cyrkonemProdukty ZTA są na ogół trwalsze i mocniejsze niż tlenek glinu, a przy tym tańsze niż czysty metal cyrkonowy.

Tlenek cyrkonu są wykorzystywane głównie w zastosowaniach, w których oczekuje się wysokich walorów konstrukcyjnych, ponieważ nadają stabilność, twardość i odporność na zużycie. Tlenek cyrkonu posiada wiele zalet materiałowych, do których należy zaliczyć temperaturę roboczą wynoszącą 1500 stopni C. Tlenek cyrkonu ma wyższą wytrzymałość na pękanie, doskonałą wytrzymałość na zginanie i zwiększoną tolerancję na starzenie ze względu na aspekty hydrotermalne. Są one spiekane i prasowane izostatycznie na gorąco, aby zapewnić Tlenek cyrkonu zapewnia niezawodność zastosowanych rozwiązań.

Właściwości tlenku glinu wzmocnionego cyrkonią

Właściwości Tlenek glinu hartowany cyrkonią ma znaczący wpływ na naturę i funkcjonalność materiału. Wytrzymałość mechaniczna Tlenek cyrkonu jest wynikiem metastabilnej fazy tetragonalnej ziaren, które się formują. Zwykły okaz utworzonego ZTA będzie miał procent 10–20 procent ZrO2. Procent ZrO2 jest decydującym czynnikiem, jeśli chodzi o wykorzystanie ZTA w różnych zastosowaniach.

ZTA jest wyceniany pomiędzy tlenkiem glinu i cyrkonią, ponieważ geometria jest rozpatrywana pomiędzy tlenkiem glinu i ceramiką cyrkonową. Stąd koszt Tlenek cyrkonu jest znacznie niższa niż w przypadku czystego cyrkonu i tlenku glinu. Wytrzymałość kompozytu jest zwiększana w procesie zwanym transformacją indukowaną naprężeniem w celu utwardzania kompozytu.

Zastosowania tlenku glinu wzmocnionego cyrkonią

Zastosowania Tlenek glinu hartowany cyrkonem podano poniżej w celach informacyjnych:

• Gwinty, średnice drutu i rolki metalowe do zastosowań przemysłowych

• Matryce do wytłaczania wykonane z metalu

• Materiał na zawory i gniazda zaworowe, przeznaczony do długotrwałych zastosowań w przemyśle.

• Stosowany do produkcji dysz odpornych na ścieranie

• Stosowany do produkcji elementów pompujących, które mogą być stosowane w zastosowaniach wymagających bardzo wysokiego ciśnienia.

• Stosowany jako materiał do produkcji zaworów kulowych i gniazd w liniach transportujących płyny ścierne lub materiały o dużym przepływie.

Tlenek glinu hartowany cyrkonią

Alumina Toughened Zirconia (ATZ) to ceramiczny materiał kompozytowy o doskonałej twardości, wytrzymałości, odporności na zużycie i korozję. ATZ powstaje głównie w wyniku konwencjonalnego prasowania izostatycznego, co zwiększa niezawodność właściwości mechanicznych materiału. Alumina Toughened Zirconia jest ogólnie bardziej odporna na uszkodzenia niż Zirconia. Tlenek glinu i cyrkonu jest zazwyczaj zaliczany do zestawu materiałów kompozytowych znanych jako materiały kompozytowe AZ.

Właściwości tlenku cyrkonu hartowanego tlenkiem glinu

Tlenek glinu hartowany cyrkonią działa w temperaturze roboczej 1500 stopni Celsjusza. Ma wysoką odporność na zużycie, obojętność chemiczną i ekstremalną wytrzymałość na pękanie. Oferuje wyższą wytrzymałość w porównaniu do czystego cyrkonu.

Właściwości tlenku glinu i cyrkonii

• Tlenek glinu i cyrkonu jest stosowany w urządzeniach wysokociśnieniowych, takich jak zawory i gniazda zaworów

• Tlenek glinu i cyrkonu stosowany jako rolki i prowadnice do formowania metali

• Stosowane są w łożyskach wałowych i materiałach tulejowych.

Tlenek glinu hartowany tlenkiem cyrkonu kontra tlenek glinu hartowany tlenkiem cyrkonu

Tlenek cyrkonu i tlenek glinu cyrkonowy są kompozytem ceramicznym wykonanym z cyrkonii i tlenku glinu. Cyrkonia nadaje właściwość częściowej stabilizacji w fazie tetragonalnej, a tlenek glinu nadaje umiarkowaną wytrzymałość. Połączenie tlenku glinu i cyrkonii pomaga w zachowaniu właściwości wyższej twardości i dobrej wytrzymałości. Nadaje również odporność na degradację w niskiej temperaturze.

W Tlenek cyrkonu Ceramika, cyrkonia tworzy fazę hartowania, a faza matrycy składa się z tlenku glinu. Tlenek cyrkonu powstaje przez dodanie niestabilizowanego cyrkonu do tlenku glinu w celu nadania właściwości o wyższej wytrzymałości na pękanie. Jest to wynik interakcji między frontem pęknięcia a drugą fazą.  Tlenek glinu hartowany cyrkonem jest stosowany w zastosowaniach takich jak endoprotezoplastyka ze względu na swoje ulepszone właściwości.

Z drugiej strony, tlenek glinu hartowany cyrkonią ma tlenek glinu jako fazę hartowania i cyrkon w fazie matrycy. Kompozyt jest zazwyczaj wytwarzany przez dodanie tlenku glinu do cyrkonu w celu uzyskania materiału ceramicznego o wysokiej wytrzymałości. Ceramiczny Tlenek glinu i cyrkonu jest trwalszy od czystego cyrkonu.

Zalety tlenku cyrkonu i tlenku glinu

Wysoka wytrzymałość i odporność na pękanie Tlenek glinu i cyrkonu nadaje się do zastosowań takich jak implanty dentystyczne. Nadają się również jako implanty ortopedyczne ze względu na swoją doskonałą biokompatybilność

Tlenek glinu i cyrkonu Lub Tlenek cyrkonu oba mogą być przygotowane w skali nano lub mikro. Procent cyrkonii i tlenku glinu jest dostosowywany odpowiednio w zależności od zapotrzebowania i zastosowania. Kompozyt taki jak Tlenek glinu i cyrkonu Lub Tlenek cyrkonu są korzystniejsze niż stabilizowana cyrkonia. Oferują różnorodność właściwości w porównaniu z częściowo stabilizowaną cyrkonią i stabilizowaną cyrkonią itru.

Tlenek glinu i cyrkonu I Tlenek cyrkonu odporny na degradację w niższej temperaturze pracy. Oferują również większą wytrzymałość i wysoką odporność na pękanie. Wytrzymałość zmęczeniowa tych kompozytów ceramicznych jest znacznie lepiej stabilizowana przez cyrkonię lub hartowaną cyrkonię itru.

Podsumowanie

Tlenek glinu hartowany cyrkonią i Tlenek glinu hartowany cyrkonem są dwoma z najlepszych kompozytów ceramicznych o wielu zaletach. Połączenie dwóch różnych ceramik nadaje lepsze właściwości w końcowym utworzonym kompozycie. Jednak zamiana faz pomogła w nadaniu ceramice różnych właściwości.