Упрочненный цирконием оксид алюминия представляет собой керамический материал, содержащий оксид алюминия и диоксид циркония . Это композиционный керамический материал с зернами циркония в матрице оксида алюминия.
Цирконий- оксид алюминия (или циркониевый оксид алюминия), комбинация оксида циркония и оксида алюминия, является частью класса композитной керамики, называемого AZ-композитами. Композиты AZ, известные своими механическими свойствами, обычно используются в конструкционных целях, в качестве режущих инструментов и во многих медицинских целях. Кроме того, композиты AZ обладают высокой прочностью, вязкостью разрушения , эластичностью , твердостью и износостойкостью . В частности, циркониевый оксид алюминия (ZTA) обладает несколькими ключевыми свойствами.
Механическая прочность по сравнению с оксидом алюминия объясняется фазовым превращением метастабильных тетрагональных зерен диоксида циркония, когда материал подвергается нагрузке. Концентрация напряжений в вершине трещины может вызвать трансформацию тетрагональной кристаллической структуры в моноклинную, что сопровождается объемным расширением диоксида циркония. Это объемное расширение эффективно препятствует распространению трещины и приводит к повышению ударной вязкости и прочности. [1] Обычный образец циркониевого закаленного глинозема содержит 10-20% оксидов циркония. Увеличение прочности на 20–30 % часто соответствует необходимым критериям проектирования при гораздо меньших затратах. [2] В зависимости от процентного содержания циркония свойствами этой керамики можно управлять в зависимости от требуемого применения. Закаленный глинозем с цирконием обычно называют промежуточным звеном между оксидом алюминия и цирконием и имеет соответствующую цену. Это дает ZTA гораздо более низкий ценовой диапазон, чем другие аналогичные материалы. [2] Увеличение прочности композита достигается за счет процесса, называемого «Упрочнение трансформацией под напряжением». Этот процесс вызывает внутренние напряжения, которые вызывают трещины в структуре циркония. Из-за трещины частицы циркония могли переключать фазы и более свободно перемещаться среди частиц глинозема. Это вызывает увеличение количества частиц циркония с тем же количеством частиц оксида алюминия, что приводит к увеличению прочности. [3]
В последнее время циркониевый закаленный оксид алюминия нашел множество применений, включая уплотнения клапанов, втулки, компоненты насосов, суставные имплантаты, проволочные капилляры, вставки для режущих инструментов и многое другое. [2] ZTA обладает разнообразным спектром свойств, что определяет его важность во множестве применений. В медицинской промышленности ZTA служит керамикой, которую можно использовать при замене суставов и реабилитации. Высокая износостойкость ZTA помогает создавать высокоэффективные имплантаты. Благодаря высокой прочности и устойчивости к коррозии ZTA позволяет материалу выдерживать большие нагрузки, не подвергаясь деградации ; что дает ZTA множество применений в несущих устройствах. Прочность ZTA также означает, что он находит множество применений в режущих инструментах. ZTA и другие оксиды алюминия часто используются при резке металлов. Некоторые компоненты двигателей, лабораторное оборудование, промышленные тигли, огнеупорные трубы могут быть изготовлены с использованием ZTA. Кроме того, с использованием ZTA также можно производить некоторые абразивные операции, такие как пескоструйная обработка. [5]