Neprimerljiva trajnost s cirkonijevo keramiko

Cirkonija ponuja napredne rešitve za materiale za široko paleto industrijskih aplikacij. Raznolikost sestave ZTA, od kompozitnega čudesa do trdih lastnosti Ce-TZP, zagotavlja visoko zmogljive rešitve, ki pokrivajo vrsto industrijskih potreb.

Na mehanske lastnosti aditivno proizvedene cirkonijeve keramike lahko vplivajo številni dejavniki, vključno z razmerjem surovinske kaše, poroznostjo in aglomerati, povezavo med plastmi in krčenjem.

De Corematrix (r) 3D Pro

Keramični bloki so vse bolj priljubljena izbira za zobne restavracije, saj so močnejši in trajnejši od drugih materialov za restavracije. Keramični bloki se ponašajo tudi z nižjim koeficientom toplotnega raztezanja, kar pomeni, da se ne širijo ali krčijo zaradi nihanja temperature, zato so idealni za uporabo na območjih, ki so izpostavljena temperaturnim nihanjem, kot so krone in ličniki. Poleg tega je keramične bloke lažje čistiti kot druge materiale - še en dejavnik, zaradi katerega je keramika privlačna izbira pri zobozdravstvenih aplikacijah, ki zahtevajo vzdržljivost.

Celokeramične proteze, izdelane s sistemom CAD/CAM, lahko pacientom zagotovijo dolgotrajne in čudovite rezultate, vendar ni vsa keramika enaka. Nekatere keramike so boljše biokompatibilne in estetske kot druge, zato je izbira idealnega materiala za individualne potrebe vsakega pacienta ključnega pomena. Litijev disilikat in cirkonij sta trenutno dve priljubljeni izbiri pri uporabi za restavratorsko zdravljenje.

Z napredkom tehnologije CAD/CAM pa je zobozdravnikom na voljo več možnosti. ZrO (itrijev stabilizirani cirkonij) je izjemno trd material z enimi najvišjih mehanskih lastnosti, kar jih je bilo kdaj koli zabeleženih za zobno keramiko; ima upogibno trdnost do 100 MPa, kar pomeni, da je odpornejši proti zlomu kot kronke na osnovi PFM ali kovin. Poleg tega monolitni ZrO ne vsebuje ranljivih plasti, ki bi ga spajale s podkonstrukcijskimi materiali, kot sta zlato ali porcelan, kar omogoča izdelavo s sistemi CAD/CAM.

Gredi ZTA

Keramika ZTA je napreden hibridni material iz cirkonijevega kaljenega aluminijevega oksida, ki se ponaša s prednostmi obeh materialov. Čeprav ima še vedno odlično odpornost proti obrabi in izboljšano trdoto/trdoživost za večjo zmogljivost in daljšo življenjsko dobo, je zaradi strukture iz kaljenega cirkonija ZTA izjemno odporen proti koroziji, kar mu omogoča odpornost na okolja, ki bi uničila drugo keramiko.

Keramične gredi ZTA, izdelane iz aluminijevega oksida in cirkonija, imajo med vsemi naprednimi industrijskimi keramičnimi izdelki najvišjo mejo plastičnosti, zato lahko dlje časa vzdržijo višje temperature, preden pride do okvare. Zaradi te prednosti so gredi ZTA še posebej primerne za uporabo v mehanski opremi, kjer pritisk obrabe in trganja sčasoma povzroči poškodbe zaradi utrujanja.

Cirkonij z dodanim itrijem je veliko močnejši od standardnega aluminijevega oksida in silicijevega nitrida, kar mu zagotavlja desetkrat večjo odpornost proti udarcem. Če predmet udari v gred iz keramike ZTA, se vključki iz cirkonija obnašajo kot majhne pregrade, ki absorbirajo in razpršijo energijo, preden v njeni strukturi nastanejo razpoke.

Keramične cevi ZTA se uporabljajo v strojništvu, ognjevarni, kemični in metalurški industriji. Zaradi visoke odpornosti proti visokim temperaturam, kislinam in lužilom v kombinaciji z izjemno trdoto in žilavostjo so idealne za transport kemičnih tekočin ali kot izolacijski zaščitni tulci za njihov transport. Poleg tega so biokompatibilni, nestrupeni in brez kontaminantov - kot nalašč za uporabo v medicini in ognjevzdržnih materialih!

MSZ

Keramični material iz cirkonije je ena najtrdnejših keramik na trgu, saj zagotavlja izjemno odpornost proti obrabi in trpežnost ter deluje tudi v delovnih okoljih, kjer plastika, kovine in druga keramika ne morejo. Zirkonija se uporablja v konstrukcijskih komponentah, pušelah, tulcih za bate, tulcih za vodila in izolatorjih.

Slike SEM lomnih površin aluminijevega oksida, MSZ in YSZ kažejo trimodalne mikrostrukture, ki pomembno vplivajo na način lomljenja. Pri YSZ te mikrostrukture kažejo na intergranularni način loma, medtem ko pri MSZ in WO3 razkrivajo transgranularni način loma; rezultati testiranja obeh materialov so bili blizu eksperimentalnim vrednostim loma za vse tri testirane materiale.

Porozni vzorci mullita, ki so bili modificirani z magnezijevim stabiliziranim cirkonijem (2,8mol% MgO) in WO3, imajo največjo navidezno poroznost med sintranimi vzorci s povprečno poroznostjo 73,2 + 2,2%. Podvojitev količine WO3 zmanjša poroznost na 66 + 2%.

Keramični vzorci MSZ in WO3 imajo visoke specifične toplotne kapacitete v povezavi z nizko toplotno difuzivnostjo, ki znatno povečajo odpornost proti toplotnim šokom v primerjavi z itrijevim stabiliziranim cirkonijem (8mol% Y2O3) in WO3. Preizkusi TRS s kroglo na obroču aluminija, MSZ in YSZ so pokazali značilne trdnosti znotraj sprejemljivih vrednosti, ki se pričakujejo za inženirsko keramiko, njihovi Weibullovi moduli pa spadajo v sprejemljiva območja za napredno inženirsko keramiko.

CSZ

Itrijev delno stabiliziran cirkonij (Y-PSZ) je že dolgo časa najprimernejši keramični material za toplotne pregradne premaze (TBC). Zagotavlja visoko temperaturno stabilnost, odlično žilavost in nizko toplotno prevodnost - ter staranje pri visokih temperaturah zaradi pomanjkanja prenosa ionov s kisikom; vendar je njegova trajnost ogrožena zaradi staranja in zgoščevanja pri visokih temperaturah; omejen prenos kisika še dodatno poslabša trajnost. Za odpravo teh pomanjkljivosti ponuja keramika iz cirkonijevega oksidacijskega materiala, stabiliziranega s cerijo (CSZ), boljšo odpornost na toplotne udarce, in sicer z uporabo cirkonijevega oksidacijskega materiala, stabiliziranega s cerijo, kot pospeševalca oksidacije ter dvoslojno konstrukcijo, ki zagotavlja večjo odpornost na toplotne udarce.

V primerjavi z itrijem % z maso 8 ima CSZ boljše lastnosti vzdržljivosti in žilavosti. Poleg tega pri visokih temperaturah ne pride do faznega prehoda in ima večjo odpornost proti sintranju. Poleg tega njegovi koeficienti prenosa toplote in difuzivnost kisikovih ionov omogočajo boljše preprečevanje oksidacije vezivnega premaza in podlage.

Napredni materiali, vključno z gadolinijevim cirkonatom (GZO), lantanovim heksaluminatom (LaAlO3), kalcijevim cirkonatom (CaZrO3) in cerijsko stabiliziranim cirkonijem (CSZ), se uporabljajo v najsodobnejših termo-mehanskih pokrovih ležajev (TBC) za zaščito kovin in keramike pred razgradnjo pri segrevanju, kar zagotavlja večjo zaščito pred obrabo in odpornost proti visokotemperaturni koroziji v plinskih turbinah.

Raziskovalci so opravili vroče korozijske preskuse na debelih večplastnih sistemih CYSZ, da bi bolje razumeli njihovo obnašanje pri visokih temperaturah. Po obsežni analizi vsake cone niso opazili poškodb, ki bi jih povzročile agresivne soli, ki vsebujejo S in Na. Poleg tega je morfologija con TGO ostala skladna z morfologijo premazov tudi po končanem vročem korozijskem testiranju.