Sirkoniumoksied en aluminiumoksied saam lewer Zirconia Toughened Alumina (ZTA), 'n uitsonderlike materiaal in baie toepassings. Meganiese eienskappe, sterkte, breuktaaiheid, elastisiteit, hardheid en slytasieweerstand word hoog op prys gestel in hierdie saamgestelde keramiekmateriaal wat aan die klas van AZ-komposiete behoort. ZTA het die voorkeurkeuse geword vir hoë meganiese sterkte, termiese weerstand en korrosie weerstand.
Dekodering van die samestelling en struktuur
Onder andere, Zirconia Toughened Alumina bestaan uit sirconia korrels wat eenvormig versprei is in 'n alumina matriks. Normaalweg, dit sluit in 10-20% volume ZrO2 in alumina. Afhangende van hul proporsies, samestellende mengsels dra by tot keramiek met spesifieke kenmerke afhangende van 'n spesifieke toepassing.
Boublokke: Alumina en sirkoon
Die hoofkomponente wat gemeng word om ZTA te vorm, is alumina en sirkonium. Bowendien, ortopediese inplantings gebruik hierdie keramiekmateriaal bekend as aluminiumoksied (Al2O3) in die geskiedenis vanweë sy goeie bioversoenbaarheid sowel as sy groot meganiese sterkte en breukweerstand.
Nog 'n uitstekende eienskap van sirkonium is die lae korrosietempo, sowel as goeie chemiese stabiliteit en hoë meganiese sterkte.. Die Young se modulus is in dieselfde orde van grootte met vlekvrye staal allooie.
Hoe dit gemaak word
Om ZTA te produseer, beteken die skep van tetragonale-fase sirkooniumkorrels wat eenvormig deur 'n aluminamatriks versprei is. 'n Kraakpuntspanningskonsentrasie kan 'n tetragonale kristalstruktuur in 'n monokliniese een verander en sodoende lei tot 'n gepaardgaande toename in volume sirkoniumoxide. Sulke volume-uitbreiding keer of stop die groei van krake effektief wat lei tot groter taaiheid en sterkte.
Meganiese eienskappe van ZrO2-Al2O3-keramiek
Daar is 'n wye reeks meganiese eienskappe wat deur ZTA vertoon word, insluitend superieure hardheid as konvensionele alumina met soortgelyke digtheidswaardes, hoër buigsterkte as konvensionele alumina en laer as konvensionele sirkoniums koëffisiënt van lineêre termiese uitsettings (CLTE).
Zirconia Toughened Alumina het 'n hoë meganiese sterkte en is termies bestand en daarom korrodeer dit nie. Hieronder is 'n paar van ZTA se eiendomme:
Eiendomswaarde
Chemiese formule Zr-Al2O3
Digtheid 4.1-4.38 g/cm^3
Hardheid 1750-2100 Knoppie
Elastisiteit 45-49 x 10^6 psi
Buigsterkte 100-145 ksi
Poisson se verhouding 0.26
Breukhardheid 5-7 MPa m^1/2
Koëffisiënt van termiese uitbreiding 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Termiese geleidingsvermoë 20.0-21.0 W/mK
Skokweerstand 325 °C
Maksimum werkstemperatuur 1650 °C
Toepassings van ZrO2-Al2O3 Keramiek
Zirconia Toughened Alumina word in verskeie toepassings gebruik, soos dié wat hoë sterkte en slytweerstand vereis. Dit sluit klepseëls in, moue, pomp suiers, spuitpunte en ander industriële dele.
Bioversoenbaarheid van ZTA
In verskeie studies, Daar is berig dat ZTA geen nadelige weefselreaksie tydens inplanting lewer nie, wat dit dus 'n goeie kandidaat maak vir ortopediese lasdraende komponente. Daarby, die hardheid, taaiheid en sterkte wat deur sirkonium-aluminiumoxide keramiek vertoon word, maak dit geskik vir ortopediese lasdraende komponente.
ZTA in heup artroplastiek
Daar was aansienlike beraadslagings oor keramiek soos alumina, sirkonium en sirkonium geharde alumina (ZTA) as geskikte materiaal in heup artroplastiek . Hierdie voordele van ZTA is bereik sonder om die nadele wat verband hou met yttriumgestabiliseerde sirkoniumoxide wat hoë meganiese eienskappe of aluminiumoxide met sy hoë traagheid vertoon, in te sluit..
ZTA in Knie Artroplastiek
Meestal, keramiek inplanting ontwerpe vir totale knie artroplastiek (TKA) is ontwikkel om die kwessie van allergiese reaksies wat by pasiënte kan voorkom te hanteer wanneer moderne titanium- of kobalt-chroom-legeringskomponente slytasiedeeltjies vrystel. Die Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Matrix Composite is 'n voorpunt biomateriaal vir sulke toepassings.
ZTA: Die belowende toekoms
Dit behels deurlopende navorsing sowel as ontwikkeling oor maniere om ZTA se eienskappe en potensiële gebruike daarvan te verbeter. Nog 'n bondelverwerkte Zirconia Toughened Alumina is ontwerp met meganiese eienskappe in terme van buigsterkte wat aansienlik minder is as dié van kommersieel beskikbare Biolox® Delta. Nog een, soos silikonnitried keramiek-komposiete wat onlangs in heup artroplastiek bekendgestel is, vertoon ook hoër sterkte as alumina. Die toekoms is blink vir ZTA met baie toepassings en voortreflike eienskappe. Daarom, met ontwikkelende tegnologie, daar word verwag dat ZTA die basis sal wees vir nuwe konsepte op verskeie fronte veral oor biomedisyne.