Uovertruffen holdbarhed med zirkonia-keramik

Zirconia tilbyder avancerede materialeløsninger til en lang række industrielle anvendelser. Fra ZTA's sammensatte vidunder til Ce-TZP's slidstærke egenskaber giver den sammensatte mangfoldighed højtydende løsninger, der dækker en række industrielle behov.

Mange faktorer kan påvirke den mekaniske ydeevne af additivt fremstillet zirkoniumdioxidkeramik, herunder forholdet mellem råmateriale og opslæmning, porøsitet og agglomerater, forbindelse mellem lag og svind.

De Corematrix (r) 3D Pro

Keramiske blokke er et stadig mere populært valg til tandrestaureringer, da de er stærkere og mere holdbare end andre restaureringsmaterialer. Keramiske blokke har også en lavere varmeudvidelseskoefficient - det betyder, at de ikke udvider sig eller trækker sig sammen, når temperaturen svinger, hvilket gør dem perfekte til brug i områder, der er udsat for temperatursvingninger som kroner og facader. Desuden er keramiske blokke lettere at rengøre end andre materialer - endnu en faktor, der gør keramik til en attraktiv mulighed i tandbehandlinger, der kræver holdbarhed.

CAD/CAM-fremstillede helkeramiske proteser kan give patienterne langvarige og smukke resultater, men ikke al keramik er lige god. Visse typer keramik har bedre biokompatibilitet og æstetik end andre, så det er vigtigt at vælge det ideelle materiale til den enkelte patients behov. Litiumdisilikat og zirkonia er i øjeblikket to populære valg, når de bruges til restaurerende behandlinger.

Men med fremskridtene inden for CAD/CAM-teknologi er der nu flere muligheder for tandlægerne. ZrO (yttria-stabiliseret zirkonia) er et ekstremt hårdt materiale med en af de højeste mekaniske egenskaber, der nogensinde er registreret for tandkeramik; det har en bøjningsstyrke på op til 100 MPa, hvilket betyder, at det modstår brud mere effektivt end PFM eller metalbaserede kroner. Desuden indeholder monolitisk ZrO ikke sårbare lag, der smelter det sammen med underbygningsmaterialer som guld eller porcelæn, hvilket muliggør fremstilling via CAD/CAM-systemer.

ZTA-aksler

ZTA-keramik er et avanceret hybridmateriale af zirkonoxid og hærdet aluminiumoxid, der har fordelene ved begge materialer. Mens det stadig har fremragende slidstyrke og forbedret hårdhed/sejhed for større ydeevne og længere levetid, giver dets zirkoniumoxidhærdede struktur ZTA overlegen korrosionsbestandighed, så det kan modstå miljøer, der ville ødelægge andre keramikker.

ZTA-keramiske aksler, der er fremstillet af aluminiumoxid og zirconiumoxid, har den højeste flydespænding af alle avancerede industrielle keramiske materialer, hvilket gør dem i stand til at modstå højere temperaturer i længere perioder, før der opstår svigt. Denne fordel gør ZTA-aksler særligt velegnede til mekanisk udstyr, hvor slitage vil forårsage stressudmattelsesskader over tid.

Zirkonoxid med tilsat yttriumoxid bliver meget stærkere end standard aluminiumoxid og siliciumnitrid, hvilket giver en ti gange større slagfasthed. Hvis et objekt rammer en ZTA-keramisk aksel, fungerer dens zirkoniaindeslutninger som små barrierer, der absorberer og spreder energi, før der dannes revner i strukturen.

ZTA-keramikrør har en række krævende anvendelser inden for maskinteknik, ildfaste materialer, kemisk og metallurgisk industri. Høj modstandsdygtighed over for høje temperaturer, syrer og baser kombineret med overlegen hårdhed og sejhed gør det til den perfekte måde at transportere kemiske væsker på eller som isolerende beskyttelseshylstre til transport af dem. Desuden er de biokompatible, ugiftige og fri for forurening - perfekt til medicinsk og ildfast brug!

MSZ

Det keramiske materiale zirkoniumdioxid er et af de hårdeste keramiske materialer på markedet, der giver enestående slidstyrke og holdbarhed, og som fungerer selv i miljøer, hvor plast, metal og andre keramiske materialer ikke kan klare sig. Zirkonoxid kan findes i applikationer, herunder strukturelle komponenter, bøsninger, stempelmuffer og isolatorer.

SEM-billeder af brudoverflader for aluminiumoxid, MSZ og YSZ udviser alle trimodale mikrostrukturer, som har betydelig indflydelse på brudtilstanden. For YSZ indikerer disse mikrostrukturer intergranulær svigttilstand, mens de i MSZ og WO3 afslører transgranulær svigttilstand; begge materialetestresultater var tæt på eksperimentelle brudværdier for alle tre testede materialer.

Porøse mullitprøver, der blev modificeret med magnesia-stabiliseret zirkoniumdioxid (2,8mol% MgO) og WO3, har den højeste tilsyneladende porøsitet blandt sintrede prøver med en gennemsnitlig porøsitet på 73,2 + 2,2%. En fordobling af mængden af WO3 reducerer porøsiteten til 66 + 2%.

MSZ- og WO3-keramikprøver har høje specifikke varmekapaciteter kombineret med lave termiske diffusiviteter, der forbedrer modstanden mod termisk chok betydeligt sammenlignet med yttria-stabiliseret zirconiumdioxid (8mol% Y2O3) og WO3. Ball-on-ring TRS-tests af aluminiumoxid, MSZ og YSZ viste karakteristiske styrker inden for acceptable værdier, der forventes af teknisk keramik, mens deres Weibull-moduli falder inden for acceptable intervaller for avanceret teknisk keramik.

CSZ

Delvist Yttria-stabiliseret zirkoniumdioxid (Y-PSZ) har længe været det foretrukne keramiske materiale til termiske barrierebelægninger (TBC'er). Det giver høj temperaturstabilitet, fremragende sejhed og lav varmeledningsevne - samt ældning under høje temperaturer på grund af manglende ilttransport-ion-transport; men dets holdbarhed kompromitteres af ældning og fortætning under høje temperaturer; dets begrænsede ilttransport forringer holdbarheden yderligere. For at afhjælpe disse mangler tilbyder Ceria-stabiliseret zirkoniumoxidkeramik (CSZ) overlegen modstandsdygtighed over for termisk chok ved hjælp af Ceria-stabiliseret zirkoniumoxid som oxidationspromotor plus en dobbeltlagskonstruktion, der giver større modstandsdygtighed over for termisk chok.

Sammenlignet med 8 weight% yttria giver CSZ overlegen holdbarhed og sejhedsegenskaber. Desuden gennemgår det ikke faseovergang ved høje temperaturer og giver overlegen sintringsmodstand. Desuden gør dens varmeoverførselskoefficienter og iltiondiffusivitet det muligt bedre at forhindre oxidation af bond coat og substrat.

Avancerede materialer, herunder gadoliniumzirkonat (GZO), lanthanhexaluminat (LaAlO3), calciumzirkonat (CaZrO3) og ceria-stabiliseret zirkonoxid (CSZ), bruges i banebrydende termomekaniske lejedæksler (TBC'er) til at beskytte metaller og keramik mod nedbrydning ved opvarmning, hvilket giver større slidbeskyttelse samt korrosionsbestandighed ved høje temperaturer i gasturbineapplikationer.

Forskerne udførte varmekorrosionstest på tykke CYSZ-multilagssystemer for at få en bedre forståelse af deres opførsel i varme temperaturer. Efter at have foretaget omfattende analyser af hver zone kunne der ikke ses nogen skader forårsaget af aggressive S- og Na-holdige salte. Desuden forblev TGO-zonens morfologi i overensstemmelse med belægningen, selv efter at korrosionstesten var afsluttet.