Ceramika s opterećenom glinicom (ZTA) cirkonija je kompozitni materijal koji kombinira visoku tvrdoću i otpornost na nošenje glinice s žilavošću i otpornošću na lom cirkonija. Omjer cirkonije i glinice u ZTA keramici igra ključnu ulogu u određivanju njegovih svojstava, što zauzvrat utječe na njegovu izvedbu u različitim primjenama. Kao dobavljač ZTA keramike, svjedočio sam iz prve ruke utjecaju ovog omjera na kvalitetu i funkcionalnost naših proizvoda. U ovom ću blogu istražiti kako omjer cirkonije - glinice utječe na svojstva ZTA keramike.
Mehanička svojstva
Tvrdoća
Glina je poznata po visokoj tvrdoći. Kad je udio glinice u ZTA keramici relativno visok, ukupna tvrdoća materijala obično je veća. Viši sadržaj glinice pruža krutu matricu koja se odupire udubljenju i grebanju. Na primjer, u aplikacijama u kojima je otpor abrazije od najveće važnosti, poputZTA keramičke pločiceKoristi se u industrijskim podovima s visokim prometom, ZTA keramika s većim omjerom glinice može izdržati kontinuirano habanje. Zrno glinice djeluju kao tvrde čestice koje se mogu učinkovito oduprijeti abrazivnim silama koje djeluju pomicanjem objekata ili čestica.
Međutim, kako se povećava sadržaj cirkonija, tvrdoća se može lagano smanjiti. Cirkonia ima manju tvrdoću u odnosu na glinicu. Ali ovo smanjenje tvrdoće često se nadoknađuje značajnim poboljšanjem drugih mehaničkih svojstava poput žilavosti.
Žilavost
Cirkonia doprinosi pooštravanju ZTA keramike mehanizmom koji se naziva ojačanje transformacije. Kad se pukotina širi kroz keramiku, čestice cirkonija mogu proći faznu transformaciju iz tetragonalne faze u monokliničku fazu. Ova fazna transformacija popraćena je širenjem volumena, što stvara tlačna naprezanja oko vrha pukotine. Ova kompresijska naprezanja ometaju daljnje širenje pukotine, povećavajući na taj način žilavost materijala.
Kako se povećava omjer cirkonija i glinice, povećava se i količina cirkonija dostupne za ojačanje transformacije. To dovodi do značajnog poboljšanja žilavosti loma ZTA keramike. Na primjer, u primjeni alata za rezanje, ZTA keramika s većim sadržajem cirkonija može bolje izdržati uvjete visokog stresa tijekom rezanja, smanjujući vjerojatnost zatajenja alata uslijed pucanja.
Jačina
Na snagu ZTA keramike utječe i omjer glinice cirkonija. Za postizanje optimalne čvrstoće potrebna je odgovarajuća ravnoteža između dvije komponente. Pri niskom sadržaju cirkonija, čvrstoću uglavnom određuje matrica glinice. Međutim, prisutnost male količine cirkonija može poboljšati snagu djelujući kao inhibitor rasta zrna, sprječavajući rast velikih zrna glinice koje mogu djelovati kao slabe točke u materijalu.
Kako se sadržaj cirkonija povećava, snaga se u početku može povećavati zbog pojačanog učinka cirkonija. Ali ako sadržaj cirkonija postane previsok, materijal može postati porozniji, a veza između zrna može biti oslabljena, što dovodi do smanjenja snage.
Toplinska svojstva
Toplinska vodljivost
Glinica ima relativno visoku toplinsku vodljivost u usporedbi s cirkonijom. Kako se povećava sadržaj glinice u ZTA keramici, povećava se i ukupna toplinska vodljivost materijala. Ovo je svojstvo važno u primjenama gdje je potrebno rasipanje topline. Na primjer, u elektroničkom pakiranju, ZTA keramika s većim udjelom glinice može učinkovitije prebaciti toplinu od elektroničkih komponenti, sprječavajući pregrijavanje.
S druge strane, cirkonia ima nisku toplinsku vodljivost. Veći sadržaj cirkonije u ZTA keramici može biti koristan u primjenama gdje je potrebna toplinska izolacija. Na primjer, u nekim oblogama s visokim temperaturnim pećima, ZTA keramika s relativno visokim sadržajem cirkonija može pomoći u smanjenju gubitka topline.
Toplinsko širenje
Na koeficijent toplinske ekspanzije ZTA keramike također utječe omjer cirkonija - glinice. Glinica ima niži koeficijent toplinske ekspanzije u usporedbi s cirkonijom. Kad je sadržaj glinice visok, ZTA keramika imat će niži koeficijent toplinske ekspanzije. To je važno u primjenama gdje je dimenzionalna stabilnost na različitim temperaturama presudna. Na primjer, u preciznim komponentama, ZTA keramika s niskim koeficijentom toplinske ekspanzije može održavati svoj oblik i dimenzije točno u širokom temperaturnom rasponu.
Kemijska svojstva
Kemijska otpornost
I glinica i cirkonija imaju dobru kemijsku otpornost. Gljuna je otporna na mnoge kiseline i alkalije, dok cirkonija također pokazuje izvrsnu kemijsku stabilnost u različitim okruženjima. Kemijski otpor ZTA keramike općenito je visok i na njega ne značajno ne utječe omjer cirkonija - glinice u razumnom rasponu. Međutim, u nekim specifičnim kemijskim okruženjima na izbor omjera može utjecati reaktivnost komponenti. Na primjer, u kiselom okruženju u kojem cirkonija može biti stabilnija od glinice, može se preferirati veći sadržaj cirkonija.
Električna svojstva
Električna izolacija
Gljuna je dobro poznati električni izolator. Cirkonia također ima dobra električna izolacijska svojstva. Električna izolacija ZTA keramike uglavnom je određena svojstvima pojedinih komponenti. Viši sadržaj glinice općenito dovodi do bolje električne izolacije. U primjenama električnog izolatora, kao što su u sustavima visokog napona, ZTA keramika s visokim omjerom glinice može osigurati pouzdanu električnu izolaciju.
Nositi otpor
Otpor habanja ZTA keramike složena je funkcija njegovih mehaničkih i mikrostrukturnih svojstava, na koja utječe omjer cirkonije - glinice. Ceramika visoke glinice ZTA nudi dobru otpornost na abrazivno habanje zbog svoje visoke tvrdoće. No, u aplikacijama u kojima je ljepljivo trošenje istaknutije, ZTA keramika s većim sadržajem cirkonija može biti prikladnija. Poboljšana žilavost koju pruža cirkonija može spriječiti odvajanje materijala tijekom ljepljivog trošenja, što rezultira boljom ukupnom otpornošću na habanje.
Primjene i optimalni omjer
Optimalni omjer cirkonija - glinice ovisi o specifičnim zahtjevima za primjenu. Za aplikacije koje zahtijevaju visoku tvrdoću i otpornost na habanje, poput keramičkih pločica i kugličnih ležajeva, može se preferirati ZTA keramika s relativno visokim sadržajem glinice (npr. 90 - 95% glinice i 5 - 10% cirkonije).
U aplikacijama u kojima su kritična žilavost i otpornost na lom, poput alata za rezanje i zubnih implantata, prikladnije je ZTA keramika s većim sadržajem cirkonija (npr. 20 - 30% cirkonija i 70 - 80% glinice).
Kao dobavljač keramike ZTA, možemo ponuditi širok spektar ZTA keramičkih proizvoda s različitim omjerima cirkonija - glinice kako bismo zadovoljili raznolike potrebe naših kupaca. Bez obzira jeste li u sektoru industrijskog, medicinskog ili robe za široku potrošnju, imamo stručnost i resurse koji će vam pružiti pravo ZTA keramičko rješenje.
Ako ste zainteresirani za naše ZTA keramičke proizvode ili želite raspravljati o vašim specifičnim zahtjevima, pozivamo vas da nas kontaktirate na savjetovanje o nabavi. Naš tim stručnjaka spreman je pomoći vam u odabiru najprikladnijeg ZTA keramike na temelju omjera cirkonija - glinice i drugih svojstava.
Reference
- RF Davis, "Zirkonia Stronged glinica: obrada, mikrostruktura i mehanička svojstva", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 72, br. 10, 1989.
- Y. - W. Mai i B. Cotterell, "Mehanika transformacije - pooštrena keramika", Journal of Materials Science, vol. 17, br. 11, 1982.
- Mn Rahaman, "Keramička obrada i sintering", Drugo izdanje, CRC Press, 2003.