Oöverträffad hållbarhet med zirkoniumdioxidkeramik

Zirkonia erbjuder avancerade materiallösningar för ett brett spektrum av industriella tillämpningar. Med allt från ZTA:s kompositförtrollning till Ce-TZP:s slitstarka egenskaper ger mångfalden av sammansättningar högpresterande lösningar som täcker en rad olika industriella behov.

Många faktorer kan påverka den mekaniska prestandan hos additivt tillverkad zirkoniumdioxidkeramik, inklusive förhållandet mellan råmaterial och uppslamning, porositet och agglomerat, anslutning mellan skikt och krympning.

De Corematrix (r) 3D Pro

Keramiska block är ett alltmer populärt val för tandfyllningar, eftersom de är starkare och mer hållbara än andra fyllningsmaterial. Keramiska block har också en lägre termisk expansionskoefficient - vilket innebär att de inte expanderar eller drar ihop sig när temperaturen varierar, vilket gör dem perfekta för användning i områden som utsätts för temperatursvängningar som kronor och faner. Dessutom kan keramiska block rengöras lättare än andra material - ytterligare en faktor som gör keramik till ett attraktivt alternativ i dentala tillämpningar som kräver hållbarhet.

CAD/CAM-fabricerade helkeramiska proteser kan ge patienterna långvariga och vackra resultat, men alla keramer är inte lika bra. Vissa keramer erbjuder bättre biokompatibilitet och estetik än andra, så det är viktigt att välja ett idealiskt material för varje patients individuella behov. Litiumdisilikat och zirkonia är för närvarande två populära val när det gäller restaurativa behandlingar.

Men med utvecklingen av CAD/CAM-tekniken finns det nu fler alternativ för tandläkarna. ZrO (yttriumoxidstabiliserad zirkonia) är ett extremt hårt material med en av de högsta mekaniska egenskaper som någonsin registrerats för dentalkeramik; det har en böjhållfasthet på upp till 100 MPa, vilket innebär att det motstår frakturer mer effektivt än PFM eller metallbaserade kronor. Monolitisk ZrO innehåller inte heller några sårbara skikt som gör att den smälter samman med underbyggnadsmaterial som guld eller porslin, vilket möjliggör tillverkning via CAD/CAM-system.

ZTA-axlar

ZTA-keramik är ett avancerat hybridmaterial av zirkoniumoxid och härdad aluminiumoxid som har fördelarna från båda materialen. Samtidigt som ZTA har utmärkt nötningsbeständighet och förbättrad hårdhet/tålighet för bättre prestanda och längre livslängd, ger dess zirkoniumoxidhärdade struktur ZTA överlägsen korrosionsbeständighet som gör att den kan motstå miljöer som skulle förstöra andra keramer.

ZTA-keramiska axlar, tillverkade av aluminiumoxid och zirkoniumoxid, har den högsta sträckgränsen av alla avancerade industriella keramer, vilket gör att de klarar högre temperaturer under längre perioder innan de går sönder. Denna fördel gör ZTA-axlar särskilt lämpliga för applikationer i mekanisk utrustning där slitaget orsakar utmattningsskador över tid.

Zirkoniumdioxid med yttriumoxid blir mycket starkare än vanlig aluminiumoxid och kiselnitrid, vilket ger ett tio gånger högre slagmotstånd. Om ett föremål träffar ett ZTA-keramikskaft, fungerar dess zirkoniumoxidinneslutningar som små barriärer för att absorbera och sprida energi innan sprickor bildas i dess struktur.

ZTA-keramikrör har en rad krävande tillämpningar inom maskinteknik, eldfasta material, kemisk och metallurgisk industri. Hög motståndskraft mot höga temperaturer, syror och alkalier i kombination med överlägsen hårdhet och seghet gör dem till det perfekta sättet att transportera kemiska vätskor eller som isolerande skyddshöljen för transport av dem. Dessutom är de biokompatibla, giftfria och fria från föroreningar - perfekt för användning inom medicin och eldfasta material!

MSZ

Det keramiska materialet zirkoniumoxid är en av de tuffaste keramerna på marknaden och ger exceptionell nötningsbeständighet och slitstyrka och fungerar även i driftsmiljöer där plast, metall och andra keramer inte klarar sig. Zirkoniumdioxid används bl.a. i strukturella komponenter, bussningar, kolvhylsor och styrisolatorer.

SEM-bilder av brottytor för aluminiumoxid, MSZ och YSZ uppvisar alla trimodala mikrostrukturer som väsentligt påverkar brottläget. För YSZ indikerar dessa mikrostrukturer intergranulärt brottläge medan de för MSZ och WO3 avslöjar transgranulärt brottläge; båda materialprovningsresultaten låg nära experimentella brottvärden för alla tre testade material.

Porösa mullitprover som modifierats med magnesiastabiliserad zirkonia (2,8mol% MgO) och WO3 har den högsta skenbara porositeten bland sintrade prover med en genomsnittlig porositet på 73,2 + 2,2%. En fördubbling av mängden WO3 minskar porositeten till 66 + 2%.

MSZ- och WO3-keramikproverna har höga specifika värmekapaciteter i kombination med låga termiska diffusiviteter som avsevärt förbättrar motståndet mot termisk chock jämfört med yttriumoxidstabiliserad zirkonia (8mol% Y2O3) och WO3. TRS-tester av aluminiumoxid, MSZ och YSZ visade karakteristiska hållfastheter inom acceptabla värden som förväntas av tekniska keramer medan deras Weibull-moduler faller inom acceptabla intervall för avancerade tekniska keramer.

CSZ

Y-PSZ (Yttria partially stabilized zirconia) har länge varit det keramiska material som används för termiska barriärbeläggningar (TBC). Det ger hög temperaturstabilitet, utmärkt seghet och låg värmeledningsförmåga - samt åldras under höga temperaturer på grund av bristande syretransport och jontransport; dess hållbarhet äventyras dock av åldrande och förtätning under höga temperaturer; dess begränsade syretransport försämrar hållbarheten ytterligare. För att åtgärda dessa brister erbjuder Ceria-stabiliserad zirkoniumdioxidkeramik (CSZ) överlägsen motståndskraft mot termisk chock genom att Ceria-stabiliserad zirkoniumdioxid används som oxidationsfrämjare samt en dubbelskiktskonstruktion som ger större motståndskraft mot termisk chock.

Jämfört med 8 vikts% yttriumoxid har CSZ överlägsen hållbarhet och seghetsegenskaper. Dessutom genomgår det inte fasövergång vid höga temperaturer och erbjuder överlägset sintringsmotstånd. Dessutom gör dess värmeöverföringskoefficienter och syrejondiffusivitet att den bättre kan förhindra oxidation av bondcoat och substrat.

Avancerade material, som gadoliniumzirkonat (GZO), lantanhexaluminat (LaAlO3), kalciumzirkonat (CaZrO3) och ceriastabiliserad zirkonia (CSZ), används i avancerade termomekaniska lagerhöljen (TBC) för att skydda metaller och keramer från nedbrytning i värme, vilket ger bättre slitageskydd och korrosionsbeständighet vid höga temperaturer i gasturbintillämpningar.

Forskarna genomförde korrosionstester på tjocka CYSZ flerskiktssystem för att få en bättre förståelse för hur de beter sig i varma temperaturer. Efter att ha genomfört omfattande analyser av varje zon kunde man inte se några skador orsakade av aggressiva S- och Na-innehållande salter. Morfologin i TGO-zonen förblev dessutom densamma som hos beläggningarna även efter att korrosionstestningen i heta temperaturer hade slutförts.