Introduction à la céramique d'alumine renforcée à la zircone (ZTA)
Depuis Garvie et al. publié"Acier Céramique"dans la revue Nature en 1975, la recherche sur le durcissement céramique par transformation de phase lié à la zircone a fait l'objet d'une attention considérable. Depuis, des expériences de dispersion de zircone dans diverses matrices céramiques ont été menées, aboutissant à l’obtention de matériaux céramiques performants. L'un des exemples les plus classiques est l'introduction de la zircone danscéramique d'alumine, résultant enCéramiques en zircone et alumine renforcée (ZTA).
1、Caractéristiques deZTA et sa corrélation avec les propriétés de la poudre d'alumine :
Les céramiques ZTA sont des céramiques composites présentant une excellente stabilité chimique, une stabilité thermique et une résistance élevée. Cependant, leur fiabilité est faible et leurs coûts de production sont élevés, ce qui limite leurs applications.
La résistance à la flexion et à la rupture des céramiques ZTA sont liées à la taille des particules de la poudre d'alumine utilisée, les propriétés de frittage s'améliorant à mesure que la taille des particules de l'alumine utilisée diminue. Des preuves expérimentales suggèrent que le ZTA préparé à partir d'alumine de taille submicronique produite par broyage mécanique présente de bonnes propriétés mécaniques lorsqu'il est fritté à 1 500 °C, avec une résistance à la flexion de 720 MPa et une ténacité à la rupture de 6,86 MPa·m1/2, surpassant l'alumine préparée chimiquement. Céramique ZTA. Cependant, des particules plus fines n’entraînent pas nécessairement de meilleures propriétés mécaniques du ZTA, car celles-ci dépendent également de la température de frittage. Les grandes tailles de grains d'alumine à la même température de frittage peuvent inhiber la transformation de phase de la zircone, affectant ainsi les propriétés finales des céramiques ZTA.
2、 Méthodes de préparation des poudres composites ZTA :
Les techniques de préparation des poudres composites ZTA comprennent des méthodes de mélange, des méthodes de précipitation et des méthodes d'encapsulation par précipitation. Cependant, des problèmes tels que l’agrégation de poudres ultrafines et la dispersion inégale du ZrO2 dans la matrice ont toujours constitué un défi dans le contrôle des processus. Ces dernières années, les chercheurs ont apporté de nombreuses améliorations aux méthodes existantes.
（1）Méthode de mélange mécanique :Il s'agit de mélanger et de broyer à boulets les poudres composant le composite, suivi d'un frittage. Bien que cette méthode soit directe et simple, elle ne peut garantir une dispersion uniforme des composants multiphasés. Des expériences ont montré que les céramiques préparées à l'aide de cette méthode peuvent présenter une porosité plus élevée en raison d'un mélange inégal, entraînant une diminution des propriétés mécaniques.
（2）Méthode de mélange de suspension multiphasique :Cette méthode consiste à ajuster le pH et à ajouter des dispersants pour préparer des suspensions monophasiques stables de chaque composant, puis à trouver des conditions de mélange appropriées dans lesquelles les particules de chaque phase sont uniformément dispersées, et enfin à mélanger les suspensions monophasiques. Des poudres uniformément mélangées peuvent être préparées en trouvant des conditions de floculation courantes.
（3）Méthode de mélange sol-suspension :En raison de la suspension des nanosols non affectée par le pH du liquide, il est pratique de les mélanger uniformément avec d’autres suspensions. Lorsque les deux liquides ont une teneur élevée en phase solide, le chauffage par agitation ou le séchage par flux d’air peuvent être utilisés pour obtenir une céramique nanocomposite hautement mélangée.
（4）Méthode sol-gel :Cette méthode consiste à convertir des sols d'oxydes ou d'hydroxydes métalliques en gels, suivis d'un séchage et d'une calcination pour préparer des poudres d'oxydes. Cette méthode convient à la préparation de nanopoudres uniformément mélangées.
3. Instructions d'application :
Céramique ZTA, un matériau composite à haute résistance et haute ténacité formé par la combinaison de la dureté élevée de l'alumine et de l'excellente ténacité de la zircone, peut être utilisé dans diverses applications :
（1）Production de couteaux en céramique pour le traitement de la fonte et des alliages.
（2）Fabrication de structures d’interface en céramique technique pour prolonger la durée de vie des matériaux techniques.
(3) Production de billes en céramique résistantes à l'usure.
（4）Utilisation dans les matériaux biomédicaux en raison de l'excellente biocompatibilité decéramique d'alumine, à des fins reconstructives et réparatrices des tissus durs tels que les dents.
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