L'òxid de zirconi i l'òxid d'alumini junts donen alúmina endurida amb zirconi (ZTA), un material excepcional en moltes aplicacions. Propietats mecàniques, força, tenacitat a la fractura, elasticitat, La duresa i la resistència al desgast són molt apreciades en aquest material ceràmic compost que pertany a la classe de compostos AZ. ZTA s'ha convertit en l'opció preferida per a una alta resistència mecànica, resistència tèrmica i resistència a la corrosió.
Descodificació de la composició i l'estructura
Entre altres coses, Zirconia Toughened Alumina consisteix en grans de zirconi dispersos uniformement dins d'una matriu d'alúmina. Normalment, això inclou 10-20% volum de ZrO2 en alúmina. Segons les seves proporcions, les mescles constituents contribueixen a la ceràmica amb característiques específiques depenent d'una aplicació concreta.
Blocs de construcció: Alúmina i Zirconia
Els components principals que es barregen per formar ZTA són alúmina i zirconi. A més, Els implants ortopèdics han estat utilitzant aquest material ceràmic conegut com a òxid d'alumini (Al2O3) en la història per la seva bona biocompatibilitat així com per la seva gran resistència mecànica i resistència a la fractura.
Una altra propietat destacada de la zirconia són les seves baixes taxes de corrosió, així com una bona estabilitat química i una alta resistència mecànica.. El seu mòdul de Young és del mateix ordre de magnitud amb els aliatges d'acer inoxidable.
Com es fa
Produir ZTA significa crear grans de zirconi de fase tetragonal distribuïts uniformement per una matriu d'alúmina.. Una concentració d'estrès a la punta de l'esquerda pot alterar una estructura de cristall tetragonal en una de monoclínica, donant lloc a un augment associat del volum de zirconi.. Aquesta expansió de volum inverteix o atura efectivament el creixement de l'esquerda, donant lloc a una major duresa i resistència.
Propietats mecàniques de les ceràmiques ZrO2-Al2O3
Hi ha una àmplia gamma de propietats mecàniques que mostra ZTA, inclosa una duresa superior a les alúminas convencionals amb valors de densitat similars., resistència a la flexió més alta que les alúminas convencionals i coeficient de dilatacions tèrmiques lineals més baix que les zircones convencionals (CLTE).
L'alúmina endurida amb zirconi té una alta resistència mecànica i és resistent tèrmicament, per tant, no es corroeix.. A continuació es mostren algunes de les propietats de ZTA:
Valor de la propietat
Fórmula química Zr-Al2O3
Densitat 4.1-4.38 g/cm^3
Duresa 1750-2100 Botó
Elasticitat 45-49 x 10^6 psi
Força de flexió 100-145 ksi
Ratio de Poisson 0.26
Tenacitat a la fractura 5-7 MPa m^1/2
Coeficient d'expansió tèrmica 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Conductivitat tèrmica 20.0-21.0 W/mK
Resistència al xoc 325 °C
Temperatura màxima de treball 1650 °C
Aplicacions de la ceràmica ZrO2-Al2O3
L'alúmina endurida amb zirconi s'utilitza en diverses aplicacions, com les que requereixen una gran resistència i resistència al desgast.. Aquests inclouen segells de vàlvules, mànigues, pistons de la bomba, broquets de polvorització i altres peces industrials.
Biocompatibilitat de ZTA
En diversos estudis, S'ha informat que ZTA no produeix cap reacció adversa dels teixits després de la implantació, per la qual cosa és un bon candidat per a components ortopèdics de càrrega.. A més, la duresa, La duresa i la resistència que mostren les ceràmiques de zirconi-alúmina les fan aptes per a components ortopèdics de càrrega..
ZTA en artroplàstia de maluc
Hi ha hagut deliberacions considerables sobre ceràmiques com l'alúmina, zirconi i alúmina endurida amb zirconi (ZTA) com a materials adequats en l'artroplàstia de maluc . Aquests avantatges de ZTA es van aconseguir sense haver d'incorporar els inconvenients associats a la zirconia estabilitzada amb itria que presenta altes propietats mecàniques o l'alúmina amb la seva alta inercia..
ZTA en artroplàstia de genoll
Majoritàriament, Dissenys d'implants ceràmics per a l'artroplàstia total de genoll (TKA) s'han desenvolupat per tractar el problema de les reaccions al·lèrgiques que es poden produir en pacients quan els components moderns d'aliatge de titani o cobalt-crom alliberen partícules de desgast.. L'alúmina endurida amb zirconi (ZTA) Matrix Composite és un biomaterial d'avantguarda per a aquestes aplicacions.
ZTA: El futur prometedor
Això implica investigació contínua i desenvolupament sobre maneres de millorar els atributs de ZTA i els seus usos potencials.. S'ha dissenyat una altra alúmina endurida amb zirconia processada per lots amb propietats mecàniques en termes de resistència a la flexió substancialment inferiors a les de Biolox® Delta disponible comercialment.. Un altre, com els compostos ceràmics de nitrur de silici introduïts recentment a l'artroplàstia de maluc també presenten una resistència més alta que l'alúmina. El futur és brillant per a ZTA amb moltes aplicacions i propietats superiors. Per tant, amb tecnologia en evolució, s'espera que ZTA sigui la base de nous conceptes en diversos fronts, especialment en biomedicina.