Bezkonkurenční trvanlivost díky zirkonové keramice

Zirkonium nabízí pokročilá materiálová řešení pro širokou škálu průmyslových aplikací. Rozmanitost jeho složení, od kompozitního zázraku ZTA až po odolné vlastnosti Ce-TZP, poskytuje vysoce výkonná řešení, která pokrývají celou řadu průmyslových potřeb.

Mechanické vlastnosti aditivně vyráběné zirkonové keramiky může ovlivnit řada faktorů, včetně poměru surovinové kaše, pórovitosti a aglomerátů, spojení mezi vrstvami a smrštění.

De Corematrix (r) 3D Pro

Keramické bloky jsou stále oblíbenější volbou pro zubní náhrady, protože jsou pevnější a odolnější než jiné výplňové materiály. Keramické bloky se také mohou pochlubit nižším koeficientem tepelné roztažnosti - to znamená, že se neroztahují ani nesmršťují při kolísání teploty, takže jsou ideální pro použití v oblastech vystavených teplotním výkyvům, jako jsou korunky a fazety. Keramické bloky se navíc čistí snadněji než jiné materiály - další faktor, který z keramiky činí atraktivní volbu pro stomatologické aplikace vyžadující trvanlivost.

Celokeramické protézy vyrobené pomocí CAD/CAM mohou pacientům poskytnout dlouhotrvající a krásné výsledky, ale ne všechny keramické protézy jsou stejné. Některé druhy keramiky mají lepší biokompatibilitu a estetiku než jiné, takže výběr ideálního materiálu pro individuální potřeby každého pacienta je klíčový. Disilikát lithia a zirkon jsou v současné době dvě oblíbené volby při použití pro výplňové ošetření.

Díky pokroku v technologii CAD/CAM však mají nyní zubní lékaři k dispozici více možností. ZrO (yttria-stabilizovaný zirkon) je extrémně tvrdý materiál s jednou z nejvyšších mechanických vlastností, jaké kdy byly u dentální keramiky zaznamenány; má pevnost v ohybu až 100 MPa, což znamená, že odolává zlomeninám účinněji než korunky na bázi PFM nebo kovů. Monolitický ZrO navíc neobsahuje zranitelné vrstvy, které by jej spojovaly s podkladovými materiály, jako je zlato nebo porcelánové podkladové materiály, což umožňuje výrobu pomocí systémů CAD/CAM.

Hřídele ZTA

Keramika ZTA je pokročilý hybridní materiál z tvrzeného oxidu zirkoničitého, který se může pochlubit výhodami obou materiálů. Přestože má stále vynikající odolnost proti otěru a zvýšenou tvrdost/houževnatost pro vyšší výkon a delší životnost, jeho zirkonem tvrzená struktura dává ZTA vynikající odolnost proti korozi, což mu umožňuje odolávat prostředí, které by jinou keramiku zničilo.

Keramické hřídele ZTA, vyrobené z oxidu hlinitého a zirkonu, mají nejvyšší mez kluzu ze všech moderních průmyslových keramik, což jim umožňuje odolávat vyšším teplotám po delší dobu, než dojde k poruše. Díky této výhodě jsou hřídele ZTA obzvláště vhodné pro aplikace mechanických zařízení, kde tlak opotřebení a tření časem způsobí poškození únavou z namáhání.

Zirkonium s přídavkem yttria je mnohem pevnější než standardní oxid hlinitý a nitrid křemíku, což mu zajišťuje desetinásobně vyšší odolnost proti nárazu. Pokud předmět narazí do keramické hřídele ZTA, její zirkoniové inkluze fungují jako malé bariéry, které pohlcují a rozptylují energii dříve, než se ve struktuře vytvoří trhliny.

Keramické trubky ZTA mají řadu náročných aplikací ve strojírenství, žáruvzdorném, chemickém a metalurgickém průmyslu. Díky vysoké odolnosti vůči vysokým teplotám, kyselinám a zásadám v kombinaci s vynikající tvrdostí a houževnatostí jsou ideální pro přepravu chemických kapalin nebo jako izolační ochranné obaly pro jejich přepravu. Navíc jsou biokompatibilní, netoxické a bez kontaminantů - ideální pro použití ve zdravotnictví a žáruvzdorných materiálech!

MSZ

Keramický materiál z oxidu zirkoničitého je jedním z nejtvrdších keramických materiálů na trhu, který poskytuje výjimečnou odolnost proti otěru a opotřebení/tvrdost a funguje i v provozních prostředích, kde to plasty, kovy a jiná keramika nedokážou. Zirkonium lze nalézt v aplikacích zahrnujících konstrukční součásti, pouzdra, pouzdra pístů vodicích izolátorů.

Snímky SEM lomových ploch oxidu hlinitého, MSZ a YSZ vykazují trimodální mikrostruktury, které významně ovlivňují způsob lomu. U YSZ tyto mikrostruktury ukazují na intergranulární způsob porušení, zatímco u MSZ a WO3 odhalují transgranulární způsob porušení; výsledky obou materiálových zkoušek se u všech tří testovaných materiálů blížily experimentálním hodnotám lomu.

Pórovité vzorky mullitu, které byly modifikovány magnezií stabilizovaným zirkonem (2,8mol% MgO) a WO3, mají nejvyšší zdánlivou pórovitost mezi slinutými vzorky s průměrnou pórovitostí 73,2 + 2,2%. Zdvojnásobení množství WO3 snižuje pórovitost na 66 + 2%.

Vzorky keramiky MSZ a WO3 se vyznačují vysokou měrnou tepelnou kapacitou v kombinaci s nízkou tepelnou difuzivitou, která významně zvyšuje odolnost proti tepelným šokům ve srovnání s yttria stabilizovaným zirkonem (8mol% Y2O3) a WO3. Zkoušky TRS typu "koule na kroužku" oxidu hlinitého, MSZ a YSZ ukázaly charakteristické pevnosti v rámci přijatelných hodnot očekávaných od technické keramiky, zatímco jejich Weibullovy moduly spadají do přijatelného rozmezí pro pokročilou technickou keramiku.

CSZ

Yttrií částečně stabilizovaný zirkon (Y-PSZ) je již dlouho oblíbeným keramickým materiálem pro tepelně bariérové povlaky (TBC). Poskytuje vysokou teplotní stabilitu, vynikající houževnatost a nízkou tepelnou vodivost - stejně jako stárnutí za vysokých teplot v důsledku nedostatečného transportu iontů pro kyslík; jeho trvanlivost je však ohrožena stárnutím a zhušťováním za vysokých teplot; omezený transport kyslíku trvanlivost ještě zhoršuje. K odstranění těchto nedostatků nabízí zirkonová keramika stabilizovaná cérem (CSZ) vynikající odolnost proti tepelným šokům díky použití zirkonu stabilizovaného cérem jako promotoru oxidace a navíc dvouvrstvé konstrukci, která nabízí vyšší odolnost proti tepelným šokům.

V porovnání s yttriem % o hmotnosti 8 má CSZ vynikající vlastnosti v oblasti odolnosti a houževnatosti. Kromě toho nepodléhá fázovému přechodu při vysokých teplotách a nabízí vynikající odolnost proti spékání. Jeho koeficienty přestupu tepla a difuzivita iontů kyslíku navíc umožňují lépe zabránit oxidaci povlaku spoje a substrátu.

Pokročilé materiály, včetně zirkoničitanu gadolinitého (GZO), šestihlinitanu lanthanu (LaAlO3), zirkoničitanu vápenatého (CaZrO3) a zirkoničitanu stabilizovaného cerem (CSZ), se využívají v nejmodernějších termomechanických krytech ložisek (TBC), které chrání kovy a keramiku před degradací vlivem zahřívání a poskytují větší ochranu proti opotřebení a odolnost proti korozi při vysokých teplotách v plynových turbínách.

Výzkumníci provedli korozní zkoušky za tepla na tlustých vícevrstvých systémech CYSZ, aby lépe porozuměli jejich chování za vysokých teplot. Po provedení rozsáhlé analýzy jednotlivých zón nebylo zjištěno žádné poškození způsobené agresivními solemi obsahujícími S a Na. Morfologie zón TGO navíc zůstala konzistentní s morfologií povlaků i po ukončení korozních zkoušek za tepla.