Es gibt mehrere Hauptmethoden zur Verbesserung der Zähigkeit von Aluminiumoxidkeramik:
1. Zirkonoxid-Härtung: Dies ist die gebräuchlichste Methode zur Erhöhung der Zähigkeit von Aluminiumoxid. Durch die Zugabe einer geeigneten Menge Zirkonoxid (ZrO₂) zu Aluminiumoxid lässt sich dessen Zähigkeit deutlich verbessern. Der zähigkeitssteigernde Effekt beruht hauptsächlich auf Mechanismen wie der Verfeinerung der Aluminiumoxid-Kornmatrix, der Phasenumwandlungsverfestigung durch Zirkonoxid, der Mikrorissverfestigung sowie der Risslenkung und -verzweigung.
2. Verstärkung durch Whisker und Fasern: Whisker sind keramische Einkristalle mit hohem Aspektverhältnis, deren Faserlänge um ein Vielfaches größer ist als die der Whisker. Sie können Aluminiumoxidkeramiken als Verstärkungsmaterialien zugesetzt werden. Die Zugabe von Whiskern oder Fasern vergrößert die Bruchfläche und damit den Rissausbreitungskanal. Erreicht der Riss die Fasern (Whisker), kommt es zum Herausziehen, Ablösen und Brechen der Fasern (Whisker), wodurch Bruchenergie verbraucht und die Zähigkeit der Keramik verbessert wird.
3. Partikelverfestigung: Die Zugabe von Partikeln mit hohem Elastizitätsmodul (z. B. SiC, TiC, TiN) zu Aluminiumoxidwerkstoffen kann dazu führen, dass Risse beim Bruch abgelenkt und verzweigt werden. Dadurch wird Bruchenergie verbraucht, was die Zähigkeit erhöht. Obwohl die zähigkeitssteigernde Wirkung von Partikeln nicht so ausgeprägt ist wie die von Whisker- und Faserverbundwerkstoffen, sind die gleichmäßige Vermischung der Rohstoffe und die Sinterverdichtung einfacher und unkomplizierter als bei Faser- und Whiskerverbundwerkstoffen.
4. Selbstverfestigende Wirkung von Aluminiumoxid: Keramiken aus nanoskaligem Aluminiumoxidpulver weisen bei niedrigen Temperaturen eine ausgezeichnete Superplastizität auf. Dieses Nanomaterial kann die Form und die Korngrenzeneigenschaften der Keramikkörner verbessern und dadurch deren Zähigkeit erhöhen.
5. Einbringen der zweiten Phase: Die zweite Phase wird in die Matrix der Aluminiumoxidkeramik eingebracht, sodass sie die Korngrenzen des Aluminiumoxids füllt. Dies hemmt die Rissausbreitung und verbessert somit die Bruchzähigkeit der Keramik. Dieses Verfahren wird beispielsweise bei mit Zirkonoxid verstärktem Aluminiumoxid angewendet.
6. Zugabe von Aluminiumoxid-Impfkristallen: Die Zugabe von Aluminiumoxid-Impfkristallen kann das anisotrope Wachstum von Kristallkörnern fördern und zur Bildung von schuppigen oder säulenförmigen Kristallkörnern führen, ähnlich wie Whisker. Dies kann die Rissablenkung, das Herausziehen von Körnern und die Verbindungsfestigkeit von Keramiken verbessern.
Diese Methoden können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden, um die Zähigkeit von Aluminiumoxidkeramiken zu verbessern. Die konkrete Wahl hängt von den geforderten Leistungsmerkmalen, den Kosten und den Anwendungsszenarien ab.ZTA-gehärtete AluminiumoxidkeramikDer Keramikhersteller Chemshun kann Ihre höheren Anforderungen an die Zähigkeit effektiv erfüllen.
Veröffentlichungsdatum: 10. Mai 2024