Uovertruffen holdbarhet med zirkoniumoksidkeramikk

Zirkonia tilbyr avanserte materialløsninger for en lang rekke industrielle bruksområder. Med alt fra ZTAs komposittmirakel til Ce-TZPs slitesterke egenskaper, gir mangfoldet i sammensetningen løsninger med høy ytelse som dekker en rekke ulike behov i industrien.

Mange faktorer kan påvirke den mekaniske ytelsen til additivt fremstilt zirkoniumdioksidkeramikk, blant annet forholdet mellom råmateriale og slurry, porøsitet og agglomerater, forbindelse mellom lagene og krymping.

De Corematrix (r) 3D Pro

Keramiske blokker er et stadig mer populært valg for tannrestaureringer, ettersom de er sterkere og mer holdbare enn andre restaureringsmaterialer. Keramiske blokker har også en lavere termisk ekspansjonskoeffisient - noe som betyr at de ikke utvider seg eller trekker seg sammen når temperaturen svinger, noe som gjør dem perfekte til bruk i områder som er utsatt for temperatursvingninger, slik som kroner og fasader. Dessuten er keramiske blokker lettere å rengjøre enn andre materialer - enda en faktor som gjør keramikk til et attraktivt alternativ i tannbehandlinger som krever lang holdbarhet.

CAD/CAM-fremstilte helkeramiske proteser kan gi pasientene langvarige og vakre resultater, men ikke alle keramer er like gode. Enkelte keramer er mer biokompatible og estetisk bedre enn andre, så det er viktig å velge et ideelt materiale for hver enkelt pasients individuelle behov. Litiumdisilikat og zirkonia er for tiden to populære valg når det gjelder restaurerende behandlinger.

Men med fremskritt innen CAD/CAM-teknologi har tannlegene nå fått flere alternativer. ZrO (yttria-stabilisert zirkoniumoksid) er et ekstremt hardt materiale med en av de høyeste mekaniske egenskapene som noensinne er registrert for tannkeramikk, og har en bøyestyrke på opptil 100 MPa, noe som betyr at det motstår brudd mer effektivt enn PFM eller metallbaserte kroner. Monolittisk ZrO inneholder heller ikke sårbare lag som smelter sammen med underbygningsmaterialer som gull eller porselen, noe som gjør det mulig å produsere via CAD/CAM-systemer.

ZTA-aksler

ZTA-keramikk er et avansert hybridmateriale av herdet zirkoniumoksid og aluminiumoksid, som har fordelene fra begge materialene. ZTA har fortsatt utmerket slitestyrke og forbedret hardhet/seighet, noe som gir bedre ytelse og lengre levetid, samtidig som den herdede zirkonia-strukturen gir ZTA overlegen korrosjonsbestandighet, noe som gjør at det tåler miljøer som ville ødelagt annen keramikk.

ZTA-keramiske aksler, som er laget av aluminiumoksid og zirkoniumoksid, har den høyeste flytegrensen av alle avanserte industrikeramikker, noe som gjør at de tåler høyere temperaturer i lengre perioder før det oppstår brudd. Denne fordelen gjør ZTA-aksler spesielt godt egnet for mekanisk utstyr der slitasje og slitasjetrykk vil føre til utmattingsskader over tid.

Zirkonia tilsatt yttriumoksid blir mye sterkere enn standard alumina og silisiumnitrid, noe som gir den ti ganger større slagfasthet. Hvis et objekt treffer et keramisk skaft av ZTA, fungerer inneslutningene av zirkoniumoksid som små barrierer som absorberer og sprer energien før det dannes sprekker i strukturen.

ZTA-keramiske rør har en rekke krevende bruksområder innen maskinteknikk, ildfaste materialer, kjemisk og metallurgisk industri. Den høye motstandsdyktigheten mot høye temperaturer, syrer og baser kombinert med overlegen hardhet og seighet gjør dem perfekte til transport av kjemiske væsker eller som isolerende beskyttelseshylser for transport av dem. I tillegg er de biokompatible, giftfrie og forurensningsfrie - perfekt for medisinsk og ildfast bruk!

MSZ

Zirkonia er et av de tøffeste keramiske materialene på markedet, med eksepsjonell slitestyrke og slitestyrke, og fungerer selv i driftsmiljøer der plast, metaller og andre keramiske materialer ikke klarer det. Zirkonia finnes blant annet i strukturelle komponenter, gjennomføringer, stempelhylser og isolatorer.

SEM-bilder av bruddflater for alumina, MSZ og YSZ viser alle trimodale mikrostrukturer som påvirker bruddmodusen i betydelig grad. For YSZ indikerer disse mikrostrukturene intergranulær bruddmodus, mens de for MSZ og WO3 avslører transgranulær bruddmodus; begge materialtestresultatene lå nær de eksperimentelle bruddverdiene for alle de tre materialene som ble testet.

Porøse mullittprøver som ble modifisert med magnesia-stabilisert zirkoniumoksid (2,8 mol% MgO) og WO3, har den høyeste tilsynelatende porøsiteten blant de sintrede prøvene med en gjennomsnittlig porøsitet på 73,2 + 2,2%. En dobling av mengden WO3 reduserer porøsiteten til 66 + 2%.

MSZ- og WO3-keramikkprøvene har høy spesifikk varmekapasitet kombinert med lav termisk diffusivitet, noe som gir betydelig bedre motstand mot termisk sjokk sammenlignet med yttria-stabilisert zirkoniumoksid (8mol% Y2O3) og WO3. TRS-tester av aluminiumoksid, MSZ og YSZ viste karakteristiske styrker innenfor akseptable verdier som forventes av tekniske keramer, mens Weibull-modulene deres faller innenfor akseptable områder for avanserte tekniske keramer.

CSZ

Yttria delvis stabilisert zirkoniumoksid (Y-PSZ) har lenge vært det foretrukne keramiske materialet for termiske barrierebelegg (TBC). Det gir høy temperaturstabilitet, utmerket seighet og lav varmeledningsevne - samt aldring ved høye temperaturer på grunn av manglende oksygentransport. Holdbarheten svekkes imidlertid av aldring og fortetting ved høye temperaturer, og den begrensede oksygentransporten forringer holdbarheten ytterligere. For å bøte på disse manglene tilbyr Ceria-stabilisert zirkonia-keramikk (CSZ) overlegen motstand mot termiske sjokk ved hjelp av Ceria-stabilisert zirkonia som oksidasjonspromotor og en dobbeltlagskonstruksjon som gir større motstand mot termiske sjokk.

Sammenlignet med 8 vekt% yttria har CSZ overlegen holdbarhet og seighet. Det gjennomgår heller ikke faseovergang ved høye temperaturer og har overlegen sintringsbestandighet. Varmeoverføringskoeffisientene og oksygeniondiffusiviteten gjør det dessuten mulig å forhindre oksidasjon av bondcoat og substrat.

Avanserte materialer som gadoliniumzirkonat (GZO), lantanhexaluminat (LaAlO3), kalsiumzirkonat (CaZrO3) og ceria-stabilisert zirkoniumoksid (CSZ) brukes i banebrytende termomekaniske lagerdeksler (TBC) for å beskytte metaller og keramikk mot nedbrytning ved oppvarming, noe som gir bedre beskyttelse mot slitasje og korrosjonsbestandighet ved høye temperaturer i gassturbinapplikasjoner.

Forskerne utførte korrosjonstester på tykke CYSZ-multilagssystemer for å få en bedre forståelse av hvordan de oppfører seg i varme temperaturer. Etter å ha gjennomført omfattende analyser av hver sone, kunne de ikke se noen skader forårsaket av aggressive S- og Na-holdige salter. Videre forble TGO-sonemorfologiene konsistente med beleggets, selv etter at varmkorrosjonstestene var fullført.