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Composites Alumine-Zircone (ZTA/ATZ)
Les composites alumine-zircone (ZTA/ATZ) sont des céramiques qui combinent les propriétés uniques de l'alumine (Al₂O₃) et de la zircone (ZrO₂) pour créer un matériau polyvalent et résistant, souvent utilisé dans les applications industrielles exigeantes. La zircone renforce la ténacité et la résistance à la fracture de l'alumine, un matériau naturellement dur et résistant à l'abrasion. Ce mélange permet de compenser la fragilité typique de la céramique, tout en conservant une excellente dureté, une bonne stabilité thermique, et une haute résistance chimique.
Les céramiques ZTA (zircone renforcée d’alumine) et ATZ (alumine renforcée de zircone) diffèrent par leur composition, l'une contenant une majorité d'alumine, l'autre une majorité de zircone. Ces deux configurations permettent d'adapter les propriétés selon les besoins : la ZTA pour une meilleure dureté et résistance chimique, et la ATZ pour une ténacité plus élevée. Cependant, ces composites restent coûteux à produire et nécessitent un contrôle précis des processus de frittage pour garantir une microstructure homogène. Ils peuvent également être sensibles aux chocs thermiques, en fonction des proportions d'alumine et de zircone utilisées.
Les applications des céramiques alumine-zircone sont variées et couvrent des secteurs tels que l'industrie biomédicale pour des implants (prothèses de hanche), l'aéronautique pour des pièces de moteurs et des revêtements thermiques, ainsi que l'outillage industriel où la résistance à l'usure est essentielle. Ce matériau composite offre un excellent compromis entre dureté, résistance et ténacité, le rendant indispensable dans les environnements extrêmes et les applications à haute valeur ajoutée.
Les applications des céramiques alumine-zircone sont variées et couvrent des secteurs tels que l'industrie biomédicale pour des implants (prothèses de hanche), l'aéronautique pour des pièces de moteurs et des revêtements thermiques, ainsi que l'outillage industriel où la résistance à l'usure est essentielle. Ce matériau composite offre un excellent compromis entre dureté, résistance et ténacité, le rendant indispensable dans les environnements extrêmes et les applications à haute valeur ajoutée.
Composition
| Composant | ZTA (Zircone-Toughened Alumina) | ATZ (Alumina-Toughened Zirconia) | Commentaire |
|---|---|---|---|
| Al2O3 (alumine) | 70 - 90 % | 10 - 30 % | Confère dureté et résistance à l’usure ; principale phase dans ZTA |
| ZrO2 (zircone) | 10 - 30 % | 70 - 90 % | Améliore la ténacité, augmente la résistance aux chocs ; principale phase dans ATZ |
| Y2O3 (oxyde d’yttrium) | 2 - 5 % | 2 - 5 % | Stabilise la zircone pour éviter sa transformation de phase |
| SiO2 (oxyde de silicium) | < 0,05 % | < 0,05 % | Impureté courante, parfois ajoutée pour renforcer la dureté |
| Fe2O3 (oxyde de fer) | < 0,01 % | < 0,01 % | Présent en traces, peut altérer la couleur et la dureté |
| MgO (oxyde de magnésium) | < 0,01 % | < 0,01 % | Améliore la stabilité thermique |
La teneur en alumine ou en zircone détermine principalement les propriétés mécaniques : une teneur plus élevée en alumine (ZTA) améliore la dureté et la résistance chimique, tandis qu’une teneur plus élevée en zircone (ATZ) accroît la ténacité et la résistance aux chocs. L’oxyde d’yttrium est souvent ajouté pour stabiliser la zircone, prévenant ainsi la dégradation sous contraintes thermiques et mécaniques.
Propriétés typiques
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