Циркониевият оксид и алуминиевият оксид, взети заедно, дават циркониев закален алуминиев оксид (ZTA), изключителен материал в много приложения. Механични свойства, сила, якост на счупване, еластичност, твърдостта и устойчивостта на износване са високо оценени в този композитен керамичен материал, който принадлежи към класа на AZ композитите. ZTA се превърна в предпочитан избор за висока механична якост, термична устойчивост и устойчивост на корозия.
Декодиране на състава и структурата
Между другото, Циркониевият закален алуминиев оксид се състои от циркониеви зърна, диспергирани равномерно в алуминиева матрица. Нормално, това включва 10-20% обем на ZrO2 в алуминиев оксид. В зависимост от пропорциите им, съставните смеси допринасят за керамиката със специфични характеристики в зависимост от конкретното приложение.
Градивни блокове: Алуминий и цирконий
Основните компоненти, които се смесват, за да образуват ZTA, са алуминиев оксид и цирконий. Освен това, ортопедичните импланти използват този керамичен материал, известен като алуминиев оксид (Al2O3) в историята поради добрата си биосъвместимост, както и голямата си механична якост и устойчивост на счупване.
Друго изключително свойство на циркония е неговата ниска степен на корозия, както и добра химическа стабилност и висока механична якост. Неговият модул на Юнг е в същия порядък като сплавите от неръждаема стомана.
Как се прави
Произвеждането на ZTA означава създаване на циркониеви зърна с тетрагонална фаза, равномерно разпределени в алуминиева матрица. Концентрацията на напрежението на върха на пукнатината може да промени тетрагоналната кристална структура в моноклинна, като по този начин води до свързано увеличаване на обема на циркония. Такова разширяване на обема ефективно обръща или спира растежа на пукнатината, което води до по-голяма издръжливост и здравина.
Механични свойства на ZrO2-Al2O3 керамика
Съществува широка гама от механични свойства, показани от ZTA, включително превъзходна твърдост в сравнение с конвенционалните алуминиеви оксиди с подобни стойности на плътност, по-висока якост на огъване в сравнение с конвенционалните двуалуминиев оксид и по-нисък от конвенционалния цирконий коефициент на линейно термично разширение (CLTE).
Циркониевият закален алуминиев оксид има висока механична якост и е термично устойчив, поради което не корозира. По-долу са някои от имотите на ZTA:
Стойност на имота
Химическа формула Zr-Al2O3
Плътност 4.1-4.38 g/cm^3
твърдост 1750-2100 Бутон
Еластичност 45-49 x 10^6 psi
Якост на огъване 100-145 ksi
Коефициент на Поасон 0.26
Издръжливост на счупване 5-7 MPa m^1/2
Коефициент на термично разширение 8.0-8.1 х 10^-6 1/C
Топлопроводимост 20.0-21.0 W/mK
Устойчивост на удар 325 °C
Максимална работна температура 1650 °C
Приложения на ZrO2-Al2O3 керамика
Циркониевият закален алуминиев оксид се използва в различни приложения, като например тези, които изискват висока якост и устойчивост на износване. Те включват уплътнения на клапани, ръкави, бутала на помпата, пръскащи дюзи и други индустриални части.
Биосъвместимост на ZTA
В различни изследвания, Съобщава се, че ZTA не предизвиква нежелана тъканна реакция при имплантиране, което го прави добър кандидат за носещи ортопедични компоненти. Освен това, твърдостта, издръжливостта и здравината, демонстрирани от циркониево-алуминиевата керамика, ги правят подходящи за носещи ортопедични компоненти.
ZTA в ендопротезирането на тазобедрената става
Имаше значителни обсъждания върху керамиката като алуминиевия оксид, цирконий и циркониев закален алуминий (ZTA) като подходящи материали при ендопротезиране на тазобедрена става . Тези предимства на ZTA са постигнати, без да се налага да се включват недостатъците, свързани със стабилизирания с итрий цирконий, който показва високи механични свойства, или алуминиевия оксид с неговата висока инертност.
ZTA при ендопротезиране на колянна става
Най-вече, дизайни на керамични импланти за тотална артропластика на коляно (TKA) са разработени, за да се справят с проблема с алергичните реакции, които могат да се появят при пациенти, когато съвременните компоненти от титанова или кобалтово-хромова сплав отделят частици от износване. Циркониевият закален алуминий (ZTA) Matrix Composite е авангарден биоматериал за такива приложения.
ZTA: Обещаващото бъдеще
Това включва непрекъснато изследване, както и разработване на начини за подобряване на атрибутите на ZTA и неговите потенциални употреби. Друг партидно обработен циркониев закален алуминиев оксид е проектиран с механични свойства по отношение на якостта на огъване, значително по-ниски от тези на наличния в търговската мрежа Biolox® Delta. друг, като керамичните композити от силициев нитрид, въведени наскоро в артропластиката на тазобедрената става, също показват по-висока якост от алуминиевия оксид. Бъдещето е светло за ZTA с много приложения и превъзходни свойства. Следователно, с развиваща се технология, очаква се ZTA да бъде основа за нови концепции на различни фронтове, особено в биомедицината.