Ang Zirconia ceramic ay kilala sa pambihirang lakas, na kung saan ay ang pag -aari ng standout kumpara sa iba pang mga advanced na keramika. Sa katunayan, madalas itong tinatawag na "ceramic steel" dahil pinagsasama nito ang tigas ng isang ceramic na may isang katigasan na karibal ng ilang mga metal.
Upang maunawaan ang lakas nito, kailangan nating masira ito sa dalawang pangunahing mga katangian ng mekanikal:
1. Flexural Lakas (o Bend Lakas): Paglaban sa pagsira sa ilalim ng baluktot.
2. Fracture Toughness: Paglaban sa Crack Propagation.
1. Lakas ng Flexural: kahanga -hangang pagtutol sa pagsira
Ang Zirconia ay may isa sa pinakamataas na lakas ng flexural ng lahat ng mga keramika.
# Karaniwang Saklaw: 900 - 1,200 Megapascals (MPA)
# Para sa paghahambing:
* Alumina (aluminyo oxide): 300 - 550 MPa
* Silicon Carbide: 350 - 550 MPa
* Soda-Lime Glass: ~ 50 MPa
* Banayad na bakal: ~ 400-500 MPa
Ano ang ibig sabihin nito sa pagsasanay: ang isang sangkap na zirconia ay maaaring makatiis ng isang napakalaking halaga ng baluktot o makunat na stress bago ito fractures. Ginagawa nitong mainam para sa mga sangkap na istruktura tulad ng mga bearings, pagputol ng mga tool, at mga implant na nasa ilalim ng pare -pareho ang pag -load.
2. Fracture Toughness: Ang "Game Changer"
Dito talaga nagniningning ang Zirconia. Karamihan sa mga keramika ay malakas ngunit malutong - isipin ang isang china plate; Malakas ito hanggang sa isang maliit na form ng crack, pagkatapos ay kumalas ito sa sakuna. Ang Zirconia ay naiiba dahil sa isang espesyal na mekanismo na tinatawag na pagbabagong -anyo ng pagbabagong -anyo.
Paano Gumagana ang Pagbabago ng Toughening:
1. Stable Phase: Sa temperatura ng silid, ang zirconia ay nagpapatatag sa isang tetragonal crystal phase.
2. Ang crack ay nakakatugon sa kristal: Kapag ang isang pagpapalaganap ng crack ay lumapit sa isang butil ng zirconia, ang patlang ng stress sa tip ng crack ay nakakagambala sa matatag na estado.
3. Pagbabago: Ang stress na butil ng zirconia ay agad na nagbabago sa isang mas matatag na yugto ng monoclinic crystal.
4. Pagpapalawak ng Dami: Ang pagbabagong-anyo ng phase na ito ay sinamahan ng isang pagpapalawak ng dami ng 3-4%.
5. Crack Shielding: Ang pagpapalawak na ito ay "pinipiga" ang crack mula sa mga panig, epektibong isara ito at pinipigilan ito mula sa pagpapalaganap pa.
Ang mekanismo na tulad ng pagpapagaling sa sarili ay nagbibigay ng zirconia ng isang katigasan ng bali na walang kaparis sa mga keramika ng oxide.
# Karaniwang saklaw: 5 - 10 MPa√m
# Para sa paghahambing:
* Alumina (aluminyo oxide): 3 - 5 MPa√m
* Silicon Carbide: 3 - 4 MPa√m
* Soda-Lime Glass: ~ 0.7 MPa√m
* Ang ilang mga steel: ~ 50-100 MPa√m (Tandaan: Ang mga metal ay likas na mas mahirap)
Ano ang ibig sabihin nito sa pagsasanay: Ang Zirconia ay lubos na masira. Ito ay mas malamang na mabigo mula sa mga maliliit na gasgas, epekto, o panloob na mga bahid kumpara sa iba pang mga keramika. Ito ay kritikal para sa mga application tulad ng hip joint bola, kung saan ang pagkabigo ng chipping o sakuna ay hindi isang pagpipilian.
Mga kadahilanan na nakakaapekto sa lakas ng zirconia
Ang mga halaga ng lakas sa itaas ay para sa pinakakaraniwang uri, yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP). Ang lakas ay maaaring mag -iba batay sa:
* Ang pagpapatatag ng oxide: yttria (y₂o₃) ay pinaka -karaniwan, ngunit ang ceria (CEO₂) ay maaaring magamit upang lumikha ng kahit na mas mahirap na mga marka.
* Pagproseso: Ang density, laki ng butil, at kadalisayan na nakamit sa panahon ng pagmamanupaktura ay kritikal. Ang anumang porosity ay nagpapahina sa pangwakas na produkto.
* Mababang-temperatura na pagkasira (LTD): Isang potensyal na kahinaan. Sa pagkakaroon ng tubig o singaw sa mga temperatura sa pagitan ng 100-300 ° C, ang ibabaw ng Y-TZP ay maaaring kusang magbabago mula sa tetragonal hanggang sa monoclinic phase, na humahantong sa micro-cracking at isang unti-unting pagkawala ng lakas sa paglipas ng panahon. Ang mga modernong formulasyon ng zirconia ay mabigat na na -optimize upang labanan ang epekto na ito.
Ang mga pangunahing aplikasyon ay gumagamit ng lakas nito
* Mga medikal na implant: hip joint bola, kapalit ng tuhod, at mga korona/implants ng ngipin (kung saan ang kulay na tulad ng ngipin ay isang pangunahing kalamangan).
* Mga tool sa pang-industriya: Ang pagputol ng mga blades, pagguhit ng wire ay namatay, at mga bahagi na lumalaban sa pagsusuot (halimbawa, mga pump seal, bushings).
* Mga kalakal ng consumer: Panoorin ang mga kaso, blades ng kutsilyo, at kahit na mga sangkap sa mga smartphone.
* Automotive: sensor (lalo na ang mga sensor ng oxygen) na nagpapatakbo sa mga mainit na kapaligiran sa tambutso.
Sa konklusyon, ang zirconia ceramic ay natatanging malakas, ngunit ang pagtukoy ng katangian nito ay ang mataas na katigasan ng bali nito. Ang natatanging kumbinasyon ng katigasan, lakas, at paglaban sa pinsala ay ginagawang materyal na pinili para sa hinihingi na mga aplikasyon kung saan ang iba pang mga keramika ay magiging masyadong malutong.
Maaaring gusto mo: alumina ceramic, silikon nitride ceramic
