Цирконија керамиката е позната по својата исклучителна цврстина, што е нејзино извонредно својство во споредба со другите напредни керамика. Всушност, често се нарекува „керамички челик“ затоа што ја комбинира цврстината на керамиката со цврстина што им конкурира на некои метали.
За да ја разбереме неговата сила, треба да ја поделиме на две клучни механички својства:
1. Јачина на свиткување (или јачина на свиткување): Отпорност на кршење при свиткување.
2. Цврстина на фрактура: Отпорност на ширење на пукнатини.
1. Јачина на свиткување: Импресивна отпорност на кршење
Цирконија има една од највисоките јакости на виткање од сите керамика.
# Типичен опсег: 900 - 1.200 мегапаскали (MPa)
# За споредба:
* Алумина (алуминиум оксид): 300 - 550 MPa
* Силициум карбид: 350 - 550 MPa
* Сода-варовно стакло: ~ 50 MPa
* Благ челик: ~ 400-500 MPa
Што значи ова во пракса: компонентата од цирконија може да издржи огромна количина на напрегање на свиткување или истегнување пред да се скрши. Ова го прави идеален за структурни компоненти како лежишта, алатки за сечење и импланти кои се под постојано оптоварување.
2. Цврстина на фрактура: „Промена на играта“
Ова е местото каде што цирконија навистина блеска. Повеќето керамика се силни, но кршливи - помислете на кинеска чинија; тој е силен додека не се формира мала пукнатина, а потоа катастрофално се скрши. Цирконија се разликува поради специјалниот механизам наречен Трансформациско зацврстување.
Како функционира зацврстувањето на трансформацијата:
1. Стабилна фаза: на собна температура, цирконија се стабилизира во тетрагонална кристална фаза.
2. Пукнатината се сретнува со кристалот: Кога пукнатината што се шири се приближува до зрното од цирконија, полето на стрес на врвот на пукнатината ја нарушува стабилната состојба.
3. Трансформација: Напрегнатото зрно од цирконија веднаш се трансформира во постабилна моноклиничка кристална фаза.
4. Проширување на волуменот: Оваа фазна трансформација е придружена со проширување на волуменот од 3-4%.
5. Заштита од пукнатини: Оваа експанзија ја „стиска“ пукнатината од страните, ефективно затворајќи ја и спречувајќи ја понатаму да се размножува.
Овој механизам сличен на самолекување и дава на цирконија цврстина на фрактура што е неспоредлива меѓу оксидната керамика.
# Типичен опсег: 5 - 10 MPa√m
# За споредба:
* Алумина (алуминиум оксид): 3 - 5 MPa√m
* Силициум карбид: 3 - 4 MPa√m
* Сода-варово стакло: ~ 0,7 MPa√m
* Некои челици: ~ 50-100 MPa√m (Забелешка: металите се инхерентно многу поцврсти)
Што значи ова во пракса: Цирконија е високо толерантна на оштетување. Многу помала е веројатноста да не успее од мали гребнатини, удари или внатрешни недостатоци во споредба со другите керамика. Ова е критично за апликации како што се топчиња за зглобови на колкот, каде што чипсот или катастрофалниот неуспех не е опција.
Фактори кои влијаат на силата на цирконија
Вредностите на јачината погоре се за најчестиот тип, поликристал со тетрагонален цирконски стабилизиран итриа (Y-TZP). Јачината може да варира врз основа на:
* Стабилизирачки оксид: Итриа (Y2O3) е најчеста, но церија (CeO2) може да се користи за да се создадат уште построги оценки.
* Преработка: густината, големината на зрното и чистотата постигнати за време на производството се критични. Секоја порозност го ослабува финалниот производ.
* Деградација на ниски температури (ЛТД): Потенцијална слабост. Во присуство на вода или пареа на температури помеѓу 100-300°C, површината на Y-TZP може спонтано да се трансформира од тетрагонална во моноклиничка фаза, што доведува до микро-пукање и постепено губење на силата со текот на времето. Модерните формулации на цирконија се многу оптимизирани за да се спротивстават на овој ефект.
Клучни апликации кои ја користат неговата сила
* Медицински импланти: Топки за зглобови на колкот, замена на колена и забни коронки/импланти (каде што неговата боја слична на забите е исто така голема предност).
* Индустриски алатки: ножеви за сечење, жици за влечење и делови отпорни на абење (на пр. заптивки на пумпа, чаури).
* Стоки за широка потрошувачка: Куќишта за часовници, ножеви за ножеви, па дури и компоненти во паметните телефони.
* Автомобилски: сензори (особено сензори за кислород) кои работат во топли средини за издувни гасови.
Како заклучок, циркониската керамика е исклучително силна, но нејзината дефинирачка карактеристика е високата цврстина на фрактура. Оваа уникатна комбинација на цврстина, цврстина и отпорност на оштетување го прави материјал на избор за тешки апликации каде што другите керамики би биле премногу кршливи.
Можеби ќе ви се допадне: Алумина керамика, силикон нитрид керамика
