Gốm sứ Zirconia chiếm một tỷ lệ lớn trong nhu cầu Zirconium của thế giới. Zirconia thu được tự nhiên hoặc Người xấu (ZrO2) được sử dụng để tạo ra Zirconia kỹ thuật. Vì tính ổn định của cấu trúc là quan điểm cơ bản trong khoa học hiện đại, thông tin về độ bền gãy của zirconia quyết định tính phù hợp của vật liệu cho một ứng dụng cụ thể.
Tính chất cơ học của vật liệu
Tuổi thọ của vật liệu, cách nó biến dạng, chống lại sự hư hỏng và cuối cùng là hư hỏng được đánh giá bằng các đặc tính của vật liệu. Độ dẻo là một tính chất vật liệu mà nó có thể trải qua một lượng lớn biến dạng dẻo trước khi hỏng. Độ bền là độ bền của vật liệu và cũng là mức độ dẻo dai. Sức đề kháng tối đa của vật liệu đối với bất kỳ ứng suất nào được áp dụng là sức bền kéo. mỏi kim loại là giai đoạn trước khi gãy, trong đó kim loại trở nên yếu do tải trọng lặp đi lặp lại.
Gãy xương là giai đoạn cuối cùng của vật liệu khi vật liệu chịu ứng suất tác dụng. Nghiên cứu kinh điển về chủ đề này từng là lý thuyết gãy xương của Griffith được phát triển trong chiến tranh thế giới. Nghiên cứu này nói về khoa học bảo toàn năng lượng trong suốt vòng đời của vật liệu.
Sức mạnh gãy xương, ứng suất và năng lượng
Trước khi biết Độ bền gãy, điều quan trọng là phải hiểu Sức mạnh gãy xương. Sức mạnh gãy xương cho biết vật liệu có bao nhiêu sức mạnh. Sức mạnh gãy là một hàm của liên kết nguyên tử hoặc liên nguyên tử trong vật liệu, được thể hiện bằng đơn vị Áp suất.
Ứng suất liên quan đến biến dạng là ứng suất gãy và năng lượng gãy là năng lượng được vật liệu hấp thụ trong quá trình nứt. Cơ học gãy xương vạch ra hai ý tưởng chính về năng lượng. Năng lượng gãy, chỉ ra khả năng phục hồi của vật liệu và Năng lượng gãy tốc độ giải phóng năng lượng, động lực thúc đẩy sự lan truyền của các vết nứt. Cả hai năng lượng đều có mối quan hệ tương tự.
Độ bền gãy xương là gì?
Vì việc tránh hoàn toàn các lỗi sản xuất là giả thuyết, nên biết độ bền gãy giúp đánh giá hành vi của vật liệu. Đơn vị độ bền gãy được đưa ra dưới dạng Megapascal nhân mét vuông (MPam2) và thường được tính như đơn vị lực nhân diện tích.
Phương trình độ bền gãy
Độ bền gãy còn được gọi là Critical hệ số cường độ ứng suất . Biết được hệ số cường độ ứng suất tới hạn rất quan trọng để biết giá trị ứng suất mà vật liệu bị phá vỡ nếu có lỗ rỗng. Công thức độ bền gãy để tính toán hệ số cường độ ứng suất tới hạn là:
Đã từng,
là độ bền gãy
là yếu tố hình học
là ứng suất được áp dụng
là chiều dài vết nứt
Hơn cả việc là một biểu thức toán học, điều này giúp các nhà khoa học dự đoán được hành vi của vật liệu dưới áp suất.
Cách đo độ bền gãy
Có một số cách để đo lường độ bền gãy. Bài kiểm tra được sử dụng rộng rãi trong tất cả là bài kiểm tra khía Charpy V phương pháp trong đó mẫu có khía chữ V hoặc chữ U được chịu tác động va đập.
Độ bền gãy của gốm sứ
Vật liệu kỹ thuật đã được tạo ra có tính cạnh tranh về mặt Độ bền gãy với sự phát triển của khoa học và công nghệ. Hãy so sánh hệ số độ bền gãy của các vật liệu gốm khác nhau. Hệ số cường độ ứng suất quan trọng (KIC) của gốm sứ mịn thường thấp. Nói cách khác, gốm sứ mịn nứt nẻ dễ bị hỏng hơn khi chịu ứng suất. Với những nhược điểm này, gốm sứ tiên tiến được coi là giải pháp thay thế tốt hơn với ưu điểm vượt trội Độ bền gãy giá trị.
So sánh độ bền gãy của Zirconia và các loại gốm sứ khác
Độ bền gãy của Alumina: Độ bền gãy của nhôm oxit dao động từ 3,3 đến 4,5 MPam1/2. Tùy thuộc vào kích thước hạt và quá trình thiêu kết, các giá trị thường có độ lệch. Ví dụ, alumina thiêu kết dày đặc giòn hơn so với các loại khác.
Độ bền gãy của kính: Tính chất của kính thay đổi tùy theo loại và độ dày của vật liệu kính. Độ bền gãy của kính có thể thấp tới 0,6 và cao tới 0,8 MPam1/2.
Độ bền gãy của Zirconia: Zirconia có độ bền và khả năng chống mài mòn cực cao. Ví dụ, dao gốm Zirconia được làm từ quá trình thiêu kết trạng thái rắn hiện đang được sử dụng thay thế cho dao thép. Độ bền gãy của Zirconia phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước hạt, hàm lượng Yttria, thông số vận hành thiêu kết và sau thiêu kết. Độ bền gãy của Zirconia như đã chỉ ra là khoảng 17 MPam1/2.
Ứng dụng của gốm sứ Zirconia
Sản phẩm Zirconia được sử dụng trong nhiều ứng dụng kỹ thuật khác nhau do độ bền chống gãy tuyệt vời và các đặc tính vượt trội khác.
Zirconia trong Nha khoa
Zirconia được sử dụng trong nha khoa cho nhiều ứng dụng như cấy ghép, mão răng và các vật liệu chỉnh nha khác.
Mão răng sứ Zirconia: Nó thường được sử dụng để bảo tồn răng trong các phương pháp điều trị thẩm mỹ răng. Răng sứ Zirconia Mão răng có khả năng chống gãy cao hơn ngay cả ở độ dày 0,5 mm. Con số này tương đối cao hơn giá trị lực cắn tối đa là 1000. Mão sứ Zirconia có những ưu điểm như chống ố màu, tương thích sinh học, bảo quản răng mà không cần kim loại và nhiều lợi ích khác. Tuy nhiên, Vấn đề về mão sứ Zirconia bao gồm tình trạng mòn răng tức thời, gãy răng, độ nhạy cảm của bệnh nhân và độ trong mờ tối thiểu.
Hình ảnh hiển thị Mão sứ Zirconia trước và sau
Cầu răng sứ Zirconia so với cầu răng sứ
Cầu răng sứ Zirconia có tuổi thọ cao hơn cầu răng sứ khoảng 20 năm. Về ngoại hình, cầu răng sứ Zirconia thường hấp dẫn hơn do có vẻ ngoài trong suốt. Zirconia bền hơn và ít bị sứt mẻ và mài mòn hơn so với cầu răng sứ.
Zirconia ổn định Yttri
Zirconia ổn định bằng Yttri được thực hiện khi Ytri iii oxit (Y2O3) được sử dụng để ổn định cấu trúc tinh thể khối của gốm. Zirconia ổn định yttri (YSZ) cung cấp nhiều đặc tính như độ bền cơ học vượt trội và đặc tính quang học và ion tuyệt vời. Nó cũng được sử dụng để sản xuất Tấm Zirconia có thể chịu được nhiệt độ 2000 độ hoặc cao hơn. Với 8 mol% Yttria, được đánh bóng tấm zirconia trơ về mặt hóa học và chống mài mòn.
Kim cương Zirconia
Kim cương Zirconia tiết kiệm chi phí và là lựa chọn thay thế tốt hơn kim cương thật. Mặc dù kim cương có xu hướng lấp lánh hơn nhưng kim cương Zirconia cũng không kém phần là lựa chọn thay thế cho vật liệu trang sức tốt hơn.
Phần kết luận
Gốm sứ Zirconia là gốm sứ tiên tiến cao cấp có khả năng chống gãy vượt trội hoặc độ bền gãy. Chúng vẫn chiếm ưu thế trong ngành do các đặc tính nhiệt lý vô song và độ bền cao. Vì khả năng chống va đập cao nên chúng có thể được triển khai thành công trong các tình huống kỹ thuật chịu mài mòn và nhiệt độ cao.