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ジルコニア強化アルミナ（ZTA）セラミックスの主成分及び強化原理
Time:2024-09-20 Reader:
ジルコニア強靭化アルミナセラミックスはジルコニウムアルミニウム複合セラミックスまたはZTAセラミックスとも呼ばれ、セラミックスの処方にジルコニアなどの成分を導入し、セラミックスの強靭性を高め、耐摩耗と同時に強い耐衝撃能力を持たせる。ZTAセラミックスのこの特性のため、ZTAセラミックスライニングプレート（NMC-ZTA）は常温環境下で広く使用され、供給量が大きく、材料が大きく、衝撃力が大きい重摩耗設備に耐摩耗内張りを行う。
一、ZTAセラミックスの主成分
ZTAセラミックスの主要成分はAlタンパOタンパ、ZrOタンパ、CrタンパOタンパ、TiOタンパ及びZnOであり、これらの物質は格子が似ており、焼結過程でAlタンパOタンパと固溶体を形成し、結晶粒を細分化し、焼結を促進し、破断靭性を高める役割を果たし、ZTAセラミックスの破断靭性KIC≧5.5 MPa•m 1/2である。
二、強靭化の原理
1.応力誘起相転移の強靭化。ジルコニアは特定の条件下で相転移し、単斜晶系から準安定な正方晶型に変化する。この相転移は外応力を受けると発生し、体積膨張をもたらし、クラックの拡大を阻止する。
2.マイクロクラック強化。ZTAセラミックスでは、ジルコニアの添加によりマトリックス中に均一に分布したマイクロクラックが形成される。これらのマイクロクラックは材料の破断表面エネルギーを増加させ、主クラックの分岐を促し、クラックの急速な拡張を阻害し、それによって材料の靭性を高める。
3.分散強化。アルミナマトリックスに正方晶ジルコニアと立方晶ジルコニアを添加することにより、蛇行したクラック拡張経路を形成し、材料の破壊靭性を高めることができる。
4.圧縮表面強靭化。研磨処理により、表面層のジルコニア粒子を単斜相に変換し、体積膨張して圧縮表面層を形成することができ、これにより一部の外加引張応力を相殺し、セラミックスを強化することができる。
5.ジルコニア結晶粒の存在はアルミナセラミックスの粒界を固定し強化し、クラックの影響を弱めることができる。ジルコニアの弾性率と熱膨張係数はアルミナと異なり、ジルコニアがアルミナ粒界に充填されると粒界の径方向圧応力を受け、セラミックスの破壊靭性が向上する。
三、パフォーマンス
ZTAセラミックスの主な性能は耐摩耗、耐衝撃であり、具体的な性能指標は以下の通りである：
| 項目 | 単位 | インデックス |
|---|---|---|
| ロックウェル硬度 | HRA | ≥90 |
| はだんじんせい | MPa•m1/2 | ≥5.5 |
| たいせきみつど | g/cm³ | ≥4.15 |
| まげつよさ | Mpa | 300~800 |
| あっしゅくつよさ | Mpa | 1200~3000 |
| まもうたいせき | cm³ | ≤0.01 |
| 耐酸碱性能 | PH | 3~12 |
(Original link: https://www.fangmo.com/taoci/697.html)
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