Аксід цырконія і аксід алюмінія разам даюць загартаваны аксід цырконія (ZTA), выключны матэрыял у многіх сферах прымянення. Механічныя ўласцівасці, сіла, стойкасць да разбурэння, эластычнасць, цвёрдасць і зносаўстойлівасць высока цэняцца ў гэтым кампазітным керамічным матэрыяле, які адносіцца да класа кампазітаў AZ. ZTA стаў пераважным выбарам для высокай механічнай трываласці, тэрмаўстойлівасць і ўстойлівасць да карозіі.
Расшыфроўка складу і будовы
Сярод іншага, Загартаваны аксід цырконія складаецца з зерняў аксіду цырконія, раўнамерна размеркаваных у матрыцы аксіду алюмінія. Нармальна, гэта ўключае ў сябе 10-20% аб'ём ZrO2 у аксіду алюмінію. У залежнасці ад іх прапорцый, сумесі кампанентаў спрыяюць кераміцы са спецыфічнымі асаблівасцямі ў залежнасці ад канкрэтнага прымянення.
Будаўнічыя блокі: Гліназём і цырконій
Асноўныя кампаненты, якія змешваюцца для фарміравання ZTA, - гэта аксід алюмінія і аксід цырконія. Больш за тое, артапедычныя імплантаты выкарыстоўваюць гэты керамічны матэрыял, вядомы як аксід алюмінія (Al2O3) у гісторыі дзякуючы добрай біясумяшчальнасці, а таксама вялікай механічнай трываласці і ўстойлівасці да разбурэння.
Яшчэ адной выдатнай уласцівасцю дыяксіду цырконія з'яўляецца яго нізкая хуткасць карозіі, а таксама добрая хімічная стабільнасць і высокая механічная трываласць. Яго модуль Юнга ў тым жа парадку, што і ў сплаваў з нержавеючай сталі.
Як гэта зроблена
Вырабляць ZTA азначае стварэнне зерняў дыяксіду цырконія ў тэтраганальнай фазе, раўнамерна размеркаваных па матрыцы аксіду алюмінія. Канцэнтрацыя напружання на вяршыні расколіны можа змяніць тэтраганальную крышталічную структуру ў манаклінную, што прывядзе да адпаведнага павелічэння аб'ёму дыяксіду цырконія. Такое пашырэнне аб'ёму эфектыўна адмяняе або спыняе рост расколін, што прыводзіць да большай трываласці і трываласці.
Механічныя ўласцівасці керамікі ZrO2-Al2O3
Існуе шырокі спектр механічных уласцівасцяў, якія дэманструе ZTA, уключаючы высокую цвёрдасць, чым у звычайных гліназёмаў з аналагічнымі значэннямі шчыльнасці, больш высокая трываласць на выгіб, чым у звычайнага гліназёму, і ніжэйшы, чым у звычайнага аксіду цырконія, каэфіцыент лінейнага цеплавога пашырэння (CLTE).
Загартаваны аксід цырконія мае высокую механічную трываласць і тэрмаўстойлівы, таму не падвяргаецца карозіі. Ніжэй прыведзены некаторыя аб'екты ZTA:
Кошт маёмасці
Хімічная формула Zr-Al2O3
Шчыльнасць 4.1-4.38 г/см^3
Цвёрдасць 1750-2100 Кнопка
Эластычнасць 45-49 х 10^6 psi
Трываласць на выгіб 100-145 ксі
Каэфіцыент Пуасона 0.26
Глейкасць разбурэння 5-7 МПа м^1/2
Каэфіцыент цеплавога пашырэння 8.0-8.1 х 10^-6 1/C
Цеплаправоднасць 20.0-21.0 Вт/мК
Ударатрываласць 325 °C
Максімальная працоўная тэмпература 1650 °C
Прымяненне керамікі ZrO2-Al2O3
Цырконіевы загартаваны аксід алюмінія выкарыстоўваецца ў розных сферах прымянення, напрыклад, якія патрабуюць высокай трываласці і зносаўстойлівасці. Да іх ставяцца ўшчыльняльнікі клапанаў, рукавы, поршні помпы, распыляльныя фарсункі і іншыя прамысловыя дэталі.
Биосовместимость ЗТА
У розных даследаваннях, Паведамляецца, што ZTA не выклікае пабочных рэакцый на тканіны пасля імплантацыі, што робіць яго добрым кандыдатам для артапедычных кампанентаў, якія нясуць нагрузку.. Акрамя таго, цвёрдасць, цвёрдасць і трываласць цырконіева-аксіднай керамікі робяць яе прыдатнай для артапедычных нясучых кампанентаў.
ZTA ў эндапратэзаванні тазасцегнавага сустава
Былі значныя разважанні аб кераміцы, такой як гліназём, аксід цырконія і загартаваны аксід цырконія (ZTA) у якасці прыдатных матэрыялаў пры эндапратэзаванні тазасцегнавага сустава . Гэтыя перавагі ZTA былі дасягнуты без неабходнасці ўключаць недахопы, звязаныя са стабілізаваным аксідам ітрыю дыяксідам цырконія, які дэманструе высокія механічныя ўласцівасці, або аксідам алюмінія з яго высокай інэртнасцю.
ZTA ў эндапратэзаванні каленнага сустава
У асноўным, канструкцыі керамічных імплантатаў для татальнага эндапратэзавання каленнага сустава (ТКА) былі распрацаваны для таго, каб вырашыць праблему алергічных рэакцый, якія могуць узнікнуць у пацыентаў, калі сучасныя кампаненты з тытанавага або кобальта-хромавага сплаву вылучаюць часціцы зносу. Цырконіевы загартаваны аксід алюмінія (ZTA) Matrix Composite - гэта перадавы біяматэрыял для такіх прымянення.
ZTA: Перспектыўная будучыня
Гэта ўключае ў сябе пастаянныя даследаванні, а таксама распрацоўку спосабаў паляпшэння атрыбутаў ZTA і яго патэнцыяльнага выкарыстання. Яшчэ адзін загартаваны аксід алюмінія з цырконіем, апрацаваны перыядычна, быў распрацаваны з механічнымі ўласцівасцямі з пункту гледжання трываласці на выгіб, значна меншымі, чым у камерцыйна даступнага Biolox® Delta. Іншы, такія як керамічныя кампазітныя матэрыялы з нітрыду крэмнію, нядаўна ўведзеныя ў эндапратэзаванне тазасцегнавага сустава, таксама дэманструюць больш высокую трываласць, чым аксід алюмінію. Будучыня светлая для ZTA з мноствам прымянення і выдатнымі ўласцівасцямі. Таму, з развіццём тэхналогіі, Чакаецца, што ZTA стане асновай для новых канцэпцый на розных франтах, асабліва ў галіне біямедыцыны.