Introducción a la cerámica de alúmina endurecida con circonio (ZTA)
Desde Garvie et al. publicado"Acero cerámico"En la revista Nature de 1975, la investigación sobre el endurecimiento cerámico por transformación de fase relacionada con el circonio ha estado recibiendo mucha atención. Desde entonces, se han llevado a cabo experimentos relacionados con la dispersión de circonio en diversas matrices cerámicas, lo que ha dado como resultado la producción de materiales cerámicos de alto rendimiento. Uno de los ejemplos más clásicos es la introducción de circonio encerámica de alúmina, Resultando enCerámica de alúmina endurecida con circonio (ZTA).
1 、 Características deZTA y su correlación con las propiedades del polvo de alúmina:
Las cerámicas ZTA son cerámicas compuestas con excelente estabilidad química, estabilidad térmica y alta resistencia. Sin embargo, su confiabilidad es baja y los costos de producción altos, lo que limita sus aplicaciones.
La resistencia a la flexión y la tenacidad a la fractura de las cerámicas ZTA están relacionadas con el tamaño de partícula del polvo de alúmina utilizado, y las propiedades de sinterización mejoran a medida que disminuye el tamaño de partícula de la alúmina utilizada. La evidencia experimental sugiere que el ZTA preparado utilizando alúmina de tamaño submicrónico producida mediante molienda mecánica exhibe buenas propiedades mecánicas cuando se sinteriza a 1500°C, con una resistencia a la flexión de 720 MPa y una tenacidad a la fractura de 6,86 MPa·m1/2, superando el rendimiento a base de alúmina preparado químicamente. Cerámica ZTA. Sin embargo, las partículas más finas no necesariamente dan como resultado mejores propiedades mecánicas del ZTA, ya que esto también depende de la temperatura de sinterización. Los tamaños de grano de alúmina grandes a la misma temperatura de sinterización pueden inhibir la transformación de fase de circonio, afectando así las propiedades finales de la cerámica ZTA.
2. Métodos de preparación de polvos compuestos ZTA:
Las técnicas de preparación de polvos compuestos ZTA incluyen métodos de mezcla, métodos de precipitación y métodos de encapsulación por precipitación. Sin embargo, problemas como la agregación de polvos ultrafinos y la dispersión desigual de ZrO2 en la matriz siempre han sido un desafío en el control de procesos. En los últimos años, los investigadores han realizado muchas mejoras a los métodos existentes.
(1) Método de mezcla mecánica:Se trata de mezclar y moler con bolas los polvos que componen el composite, seguido de la sinterización. Si bien este método es directo y simple, no puede garantizar una dispersión uniforme de componentes multifásicos. Los experimentos han demostrado que las cerámicas preparadas con este método pueden presentar una mayor porosidad debido a una mezcla desigual, lo que lleva a una disminución de las propiedades mecánicas.
(2)Método de mezcla de suspensión multifásica:Este método implica ajustar el pH y agregar dispersantes para preparar suspensiones monofásicas estables de cada componente, luego encontrar condiciones de mezcla adecuadas donde las partículas de cada fase se dispersen uniformemente y finalmente mezclar las suspensiones monofásicas. Se pueden preparar polvos mezclados uniformemente encontrando condiciones de floculación comunes.
(3)Método de mezcla de sol-suspensión:Debido a que la suspensión de nanosoles no se ve afectada por el pH del líquido, es conveniente mezclarlos uniformemente con otras suspensiones. Cuando ambos líquidos tienen un alto contenido de fase sólida, se puede utilizar calentamiento por agitación o secado por flujo de aire para obtener una cerámica nanocompuesta altamente mezclada.
(4)Método sol-gel:Este método implica convertir soles de óxidos o hidróxidos metálicos en geles, seguido de secado y calcinación para preparar polvos de óxido. Este método es adecuado para preparar nanopolvos mezclados uniformemente.
3 、 instrucciones de aplicación:
Cerámica ZTA, un material compuesto de alta resistencia y tenacidad formado por la combinación de la alta dureza de la alúmina y la excelente tenacidad del circonio, se puede utilizar en diversas aplicaciones:
(1) Producción de cuchillos cerámicos para procesar hierro fundido y aleaciones.
(2) Fabricación de estructuras de interfaz en cerámicas de ingeniería para extender la vida útil de los materiales de ingeniería.
(3) Producción de bolas cerámicas resistentes al desgaste.
(4) Utilización en materiales biomédicos debido a la excelente biocompatibilidad decerámica de alúmina, con fines reconstructivos y reparadores en tejidos duros como los dientes.
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