জিরকোনিয়া সিরামিক তার ব্যতিক্রমী শক্তির জন্য বিখ্যাত, যা অন্যান্য উন্নত সিরামিকের তুলনায় এর স্ট্যান্ডআউট সম্পত্তি। প্রকৃতপক্ষে, এটিকে প্রায়শই "সিরামিক ইস্পাত" বলা হয় কারণ এটি একটি সিরামিকের কঠোরতাকে শক্ততার সাথে একত্রিত করে যা কিছু ধাতুর প্রতিদ্বন্দ্বী।
এর শক্তি বোঝার জন্য, আমাদের এটিকে দুটি মূল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যে বিভক্ত করতে হবে:
1. ফ্লেক্সুরাল স্ট্রেন্থ (বা বেন্ড স্ট্রেন্থ): বাঁকের নিচে ভাঙার প্রতিরোধ।
2. ফ্র্যাকচার টাফনেস: ফাটল বিস্তারের প্রতিরোধ।
1. ফ্লেক্সারাল স্ট্রেংথ: ব্রেকিং এর চিত্তাকর্ষক প্রতিরোধ
জিরকোনিয়ার সমস্ত সিরামিকের সর্বোচ্চ নমনীয় শক্তি রয়েছে।
# সাধারণ পরিসর: 900 - 1,200 Megapascals (MPa)
# তুলনার জন্য:
* অ্যালুমিনা (অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড): 300 - 550 MPa
* সিলিকন কার্বাইড: 350 - 550 MPa
* সোডা-লাইম গ্লাস: ~50 MPa
* হালকা ইস্পাত: ~400-500 MPa
অনুশীলনে এর অর্থ কী: একটি জিরকোনিয়া উপাদানটি ফ্র্যাকচার হওয়ার আগে প্রচুর পরিমাণে নমন বা প্রসার্য চাপ সহ্য করতে পারে। এটি স্ট্রাকচারাল উপাদানগুলির জন্য আদর্শ করে তোলে যেমন বিয়ারিং, কাটিং টুল এবং ইমপ্লান্ট যা ক্রমাগত লোডের অধীনে থাকে।
2. ফ্র্যাকচার শক্ততা: "গেম চেঞ্জার"
এখানেই জিরকোনিয়া সত্যিই জ্বলজ্বল করে। বেশিরভাগ সিরামিক শক্তিশালী কিন্তু ভঙ্গুর—একটি চায়না প্লেটের কথা ভাবুন; এটি শক্তিশালী হয় যতক্ষণ না একটি ছোট ফাটল তৈরি হয়, তারপর এটি বিপর্যয়মূলকভাবে ভেঙে যায়। ট্রান্সফরমেশন টাফনিং নামক একটি বিশেষ প্রক্রিয়ার কারণে জিরকোনিয়া আলাদা।
কিভাবে ট্রান্সফরমেশন টফনিং কাজ করে:
1. স্থিতিশীল পর্যায়: ঘরের তাপমাত্রায়, জিরকোনিয়া একটি টেট্রাগোনাল স্ফটিক পর্যায়ে স্থিতিশীল হয়।
2. ক্র্যাক মিট ক্রিস্টাল: যখন একটি প্রচারকারী ফাটল একটি জিরকোনিয়া দানার কাছে আসে, তখন ফাটলের ডগায় স্ট্রেস ফিল্ড স্থিতিশীল অবস্থাকে ব্যাহত করে।
3. রূপান্তর: চাপযুক্ত জিরকোনিয়া দানা তাৎক্ষণিকভাবে আরও স্থিতিশীল মনোক্লিনিক স্ফটিক পর্যায়ে রূপান্তরিত হয়।
4. আয়তন সম্প্রসারণ: এই পর্যায়ের রূপান্তরের সাথে 3-4% আয়তনের সম্প্রসারণ হয়।
5. ক্র্যাক শিল্ডিং: এই সম্প্রসারণটি পাশ থেকে ফাটলটিকে "নিচু করে", কার্যকরভাবে এটি বন্ধ করে এবং এটিকে আরও প্রচার করা থেকে বিরত করে।
এই স্ব-নিরাময়ের মতো প্রক্রিয়াটি জিরকোনিয়াকে একটি ফ্র্যাকচার শক্ততা দেয় যা অক্সাইড সিরামিকের মধ্যে অতুলনীয়।
# সাধারণ পরিসর: 5 - 10 MPa√m
# তুলনার জন্য:
* অ্যালুমিনা (অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড): 3 - 5 MPa√m
* সিলিকন কার্বাইড: 3 - 4 MPa√m
* সোডা-লাইম গ্লাস: ~0.7 MPa√m
* কিছু স্টিল: ~50-100 MPa√m (দ্রষ্টব্য: ধাতু সহজাতভাবে অনেক কঠিন)
অনুশীলনে এর অর্থ কী: জিরকোনিয়া অত্যন্ত ক্ষতি-সহনশীল। অন্যান্য সিরামিকের তুলনায় ছোট স্ক্র্যাচ, প্রভাব বা অভ্যন্তরীণ ত্রুটিগুলি থেকে এটি ব্যর্থ হওয়ার সম্ভাবনা অনেক কম। এটি হিপ জয়েন্ট বলের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে চিপিং বা বিপর্যয়মূলক ব্যর্থতা একটি বিকল্প নয়।
জিরকোনিয়ার শক্তিকে প্রভাবিত করে এমন কারণগুলি
উপরের শক্তির মানগুলি সবচেয়ে সাধারণ ধরনের, Yttria-Stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal (Y-TZP) এর জন্য। এর উপর ভিত্তি করে শক্তি পরিবর্তিত হতে পারে:
* স্টেবিলাইজিং অক্সাইড: Yttria (Y₂O₃) সবচেয়ে সাধারণ, কিন্তু ceria (CeO₂) আরও কঠিন গ্রেড তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
* প্রক্রিয়াকরণ: ঘনত্ব, শস্যের আকার এবং বিশুদ্ধতা উত্পাদনের সময় অর্জিত হয় গুরুত্বপূর্ণ। যে কোন পোরোসিটি চূড়ান্ত পণ্যকে দুর্বল করে দেয়।
* নিম্ন-তাপমাত্রার অবনতি (LTD): একটি সম্ভাব্য দুর্বলতা। 100-300 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে তাপমাত্রায় জল বা বাষ্পের উপস্থিতিতে, Y-TZP এর পৃষ্ঠটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে টেট্রাগোনাল থেকে মনোক্লিনিক পর্যায়ে রূপান্তরিত হতে পারে, যার ফলে মাইক্রো-ক্র্যাকিং এবং সময়ের সাথে সাথে ধীরে ধীরে শক্তি হ্রাস পায়। আধুনিক জিরকোনিয়া ফর্মুলেশনগুলি এই প্রভাবকে প্রতিরোধ করার জন্য ভারীভাবে অপ্টিমাইজ করা হয়েছে।
মূল অ্যাপ্লিকেশনগুলি এর শক্তি ব্যবহার করে
* মেডিকেল ইমপ্লান্ট: হিপ জয়েন্ট বল, হাঁটু প্রতিস্থাপন এবং ডেন্টাল ক্রাউন/ইমপ্লান্ট (যেখানে এটির দাঁতের মতো রঙও একটি বড় সুবিধা)।
* শিল্প সরঞ্জাম: ব্লেড কাটা, তারের অঙ্কন মারা যায় এবং পরিধান-প্রতিরোধী অংশ (যেমন, পাম্প সিল, বুশিং)।
* ভোক্তা পণ্য: স্মার্টফোনে কেস, ছুরির ব্লেড এবং এমনকি উপাদানগুলি দেখুন।
* স্বয়ংচালিত: সেন্সর (বিশেষত অক্সিজেন সেন্সর) যা গরম নিষ্কাশন পরিবেশে কাজ করে।
উপসংহারে, জিরকোনিয়া সিরামিক ব্যতিক্রমীভাবে শক্তিশালী, তবে এর সংজ্ঞায়িত বৈশিষ্ট্য হল এর উচ্চ ফ্র্যাকচার শক্ততা। কঠোরতা, শক্তি এবং ক্ষতি প্রতিরোধের এই অনন্য সমন্বয় এটিকে চাহিদার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য পছন্দের উপাদান করে তোলে যেখানে অন্যান্য সিরামিকগুলি খুব ভঙ্গুর হবে।
আপনি পছন্দ করতে পারেন: অ্যালুমিনা সিরামিক, সিলিকন নাইট্রাইড সিরামিক
