Pó de cerâmica de alto desempenho de alumínia endurecida com zircónia (ZTA) composta de alumínia (Al2O3) e zircónia (ZrO2)

Pó de cerâmica de alto desempenho de alumínia endurecida com zircónia (ZTA) composta de alumínia (Al2O3) e zircónia (ZrO2)

O pó de alúmina endurecida com zircónia (ZTA) é um pó cerâmico de alto desempenho composto de alúmina (Al2O3) e zircónia (ZrO2).  
Sua força principal reside na superação da falha fatal da cerâmica de alumínia tradicional - sendo "dura e frágil" - através do mecanismo de endurecimento da transformação de fase de zircónia.

Alúmina (Al2O3) – Fornece alta dureza, alta resistência ao desgaste, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão química.
Fase de endurecimento: Zircônia (ZrO2) - Tipicamente 10% ~ 30% (comumente 15% / 20% / 25%), estabilizado com óxido de ítrio (Y2O3), etc.
Uma pequena quantidade de auxiliares de sinterização (como MgO, TiO2) reduz a temperatura de sinterização e refina o tamanho do grão.

1. endurecimento através da transformação de fase induzida
1). Após a sinterização, o óxido de zircónio é uniformemente disperso na matriz de alúmina como uma fase tetragonal metaestável (t-ZrO2).
2). Quando a cerâmica é submetida a força externa e se desenvolvem rachaduras, a tensão na ponta da rachadura induz uma transformação de fase martensítica no óxido de zircónio tetragonal, transformando-o em uma fase monoclínica estável (m-ZrO2).
3). Esta transformação de fase é acompanhada por uma expansão de volume de 3%-5%, gerando tensão de compressão na ponta da rachadura. Esta tensão de compressão contrarresta a tensão de tração, inibe a propagação de rachaduras e absorve uma grande quantidade de energia, melhorando significativamente a tenacidade e a resistência ao impacto.

2. Características do pó e propriedades pós-sinterização
O pó de ZTA é tipicamente submicron / nanômetro em tamanho (D50≈0.3 ~ 1.0μm), com alta pureza (≥99%), boa dispersibilidade e excelente fluibilidade.
Após sinterização e densificação (densidade > 99%), seu desempenho é muito superior à alumínia pura:

3. Métodos principais de preparação
1). Método de co-precipitação: As soluções de sal de alumínio e zircónio são misturadas e precipitadas, em seguida calcinadas para obter pó nanocomposto. Composição uniforme, alta atividade, processo convencional.
2). Método de mistura mecânica: micro pós Al2O3 e ZrO2 de alta pureza são ultrafinamente moídos. Custo baixo, processo simples, mas uniformidade e dispersibilidade ligeiramente inferior.
3). Método sol-gel: Síntese química, pureza extremamente alta, tamanho de partículas ultrafinas, mas alto custo e baixo rendimento.
4). Granulação de secagem por pulverização: O pó composto é feito em partículas esféricas de fluxo livre, adequadas para prensagem a seco e prensagem isostática.

4. Áreas de aplicação básicas
ZTA equilibra perfeitamente alta dureza, alta dureza e alta resistência ao desgaste, tornando-o amplamente usado em condições de trabalho exigentes:
Componentes estruturais resistentes ao desgaste: rolamentos de cerâmica, anéis de vedação, caixas, peças de bomba e válvula, peças de cerâmica têxtil, bocos de sableamento de areia, com uma vida útil muito superior à alúmina tradicional ou carbeto cimentado.
Ferramentas de corte: ferramentas e inserções de corte CNC, corte de alta velocidade de carbeto cimentado, ferro fundido refrigerado e ferro fundido resistente ao desgaste.
Biomédica: articulações artificiais, implantes dentários, componentes de fixação ortopédica, com boa biocompatibilidade, resistência ao desgaste e resistência à corrosão.
Petróleo / Químico: Bocos de madeira de poços de óleo, revestimentos resistentes à corrosão, assentos de válvula, resistentes a ácidos, álcalis e erosão de partículas.
Precisão / Eletrônica: Ferramentas de corte de cerâmica (máquinas de ligação de fios), bases isolantes, substratos de dissipação de calor, alta precisão e bom isolamento.
Revestimentos resistentes ao desgaste/materiais compostos: Utilizados como pó de pulverização térmica para preparar revestimentos resistentes ao desgaste e à corrosão para superfícies metálicas.

5. ZTA vs Puro Al2O3 vs Puro ZrO2
vs Alúmina pura (Al2O3): Significantemente melhorada a dureza, a força e a resistência ao desgaste; melhor resistência ao impacto e ao choque térmico; menos propensos a quebrar.
 - vs zircónia pura (ZrO2): maior dureza, melhor resistência ao desgaste, menor custo, maior condutividade térmica e menor coeficiente de expansão térmica, tornando-o mais adequado para aplicações resistentes ao desgaste em altas temperaturas.

O pó de alúmina endurecida com óxido de zircónio (ZTA) é uma matéria-prima essencial para cerâmicas estruturais avançadas. Através do design composto microscópico, ele alcança uma combinação perfeita de "rigidez (alta dureza e resistência ao desgaste)" e "dureza (resistência ao impacto)", superando muito o desempenho de cerâmicas de alumínia única. É um material-chave para a atualização e substituição de materiais na fabricação de precisão, máquinas resistentes ao desgaste, biomedicina, petroquímica e outros campos.