Zirkonoxid und Aluminiumoxid ergeben zusammen gehärtetes Zirkonoxid-Aluminiumoxid (ZTA), ein außergewöhnliches Material in vielen Anwendungen. Mechanische Eigenschaften, Stärke, Bruchzähigkeit, Elastizität, Härte und Verschleißfestigkeit werden bei diesem Verbundkeramikmaterial, das zur Klasse der AZ-Verbundwerkstoffe gehört, sehr geschätzt. ZTA ist zur bevorzugten Wahl für hohe mechanische Festigkeit geworden, thermische Beständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Entschlüsselung der Zusammensetzung und Struktur
Unter anderem, Zirkonoxid-gehärtetes Aluminiumoxid besteht aus Zirkonoxidkörnern, die gleichmäßig in einer Aluminiumoxidmatrix verteilt sind. Normalerweise, dazu gehört 10-20% Volumen von ZrO2 in Aluminiumoxid. Abhängig von ihren Proportionen, Bestandteilmischungen tragen dazu bei, dass Keramik je nach Anwendung spezifische Eigenschaften aufweist.
Bausteine: Aluminiumoxid und Zirkonoxid
Die Hauptbestandteile, die zur Bildung von ZTA gemischt werden, sind Aluminiumoxid und Zirkonoxid. Darüber hinaus, Bei orthopädischen Implantaten wird dieses als Aluminiumoxid bekannte Keramikmaterial verwendet (Al2O3) aufgrund seiner guten Biokompatibilität sowie seiner großen mechanischen Festigkeit und Bruchfestigkeit in die Geschichte eingegangen.
Eine weitere herausragende Eigenschaft von Zirkonoxid ist die geringe Korrosionsrate sowie die gute chemische Stabilität und hohe mechanische Festigkeit. Sein Elastizitätsmodul liegt in der gleichen Größenordnung wie der von Edelstahllegierungen.
Wie es hergestellt wird
Um ZTA herzustellen, müssen Zirkonoxidkörner in tetragonaler Phase erzeugt werden, die gleichmäßig über eine Aluminiumoxidmatrix verteilt sind. Eine Spannungskonzentration an der Rissspitze kann eine tetragonale Kristallstruktur in eine monokline umwandeln, was zu einer damit verbundenen Volumenzunahme von Zirkonoxid führt. Eine solche Volumenausdehnung kehrt das Risswachstum effektiv um oder stoppt es, was zu größerer Zähigkeit und Festigkeit führt.
Mechanische Eigenschaften von ZrO2-Al2O3-Keramik
There is a wide range of mechanical properties exhibited by ZTA including superior hardness than conventional aluminas with similar density values, higher flexural strength than conventional aluminas and lower than conventional zirconias coefficient of linear thermal expansions (CLTE).
Zirconia Toughened Alumina has high mechanical strength and is thermally resistant hence it does not corrode. Below are some of ZTA’s properties:
Immobilienwert
Chemische Formel Zr-Al2O3
Dichte 4.1-4.38 g/cm^3
Härte 1750-2100 Taste
Elastizität 45-49 x 10^6 psi
Biegefestigkeit 100-145 ksi
Poisson’s Ratio 0.26
Bruchzähigkeit 5-7 MPa m^1/2
Wärmeausdehnungskoeffizient 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Wärmeleitfähigkeit 20.0-21.0 W/mK
Schockfestigkeit 325 °C
Maximale Arbeitstemperatur 1650 °C
Applications of ZrO2-Al2O3 Ceramics
Zirconia Toughened Alumina is used in various applications such as those which require high strength and wear resistance. These include valve seals, sleeves, pump pistons, spraying nozzles and other industrial parts.
Biocompatibility of ZTA
In various studies, Es wurde berichtet, dass ZTA bei der Implantation keine nachteiligen Gewebereaktionen hervorruft, was es zu einem guten Kandidaten für orthopädische tragende Komponenten macht. Zusätzlich, die Härte, Zähigkeit und Festigkeit der Zirkonoxid-Aluminiumoxid-Keramik machen sie für orthopädische tragende Komponenten geeignet.
ZTA in der Hüftendoprothetik
Es gab umfangreiche Überlegungen zu Keramiken wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid und zirkonoxidgehärtetes Aluminiumoxid (ZTA) als geeignete Materialien in der Hüftendoprothetik . Diese Vorteile von ZTA wurden erreicht, ohne dass die Nachteile von Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkonoxid mit hohen mechanischen Eigenschaften oder Aluminiumoxid mit seiner hohen Inertheit in Kauf genommen werden mussten.
ZTA in der Knieendoprothetik
Meistens, Keramikimplantatdesigns für die Knietotalendoprothetik (TKA) wurden entwickelt, um dem Problem allergischer Reaktionen entgegenzuwirken, die bei Patienten auftreten können, wenn moderne Titan- oder Kobalt-Chrom-Legierungskomponenten Verschleißpartikel freisetzen. Das gehärtete Zirkonoxid-Aluminiumoxid (ZTA) Matrix Composite ist ein hochmodernes Biomaterial für solche Anwendungen.
ZTA: Die vielversprechende Zukunft
Dies beinhaltet kontinuierliche Forschung sowie Entwicklung von Möglichkeiten zur Verbesserung der Eigenschaften von ZTA und seiner potenziellen Verwendungsmöglichkeiten. Ein weiteres diskontinuierlich verarbeitetes gehärtetes Zirkonoxid-Aluminiumoxid wurde mit mechanischen Eigenschaften in Bezug auf die Biegefestigkeit entwickelt, die wesentlich geringer sind als die des kommerziell erhältlichen Biolox® Delta. Ein anderer, So weisen beispielsweise Siliziumnitrid-Keramik-Verbundwerkstoffe, die kürzlich in der Hüftendoprothetik eingeführt wurden, ebenfalls eine höhere Festigkeit auf als Aluminiumoxid. Die Zukunft ist für ZTA mit vielen Anwendungen und überlegenen Eigenschaften rosig. daher, mit sich weiterentwickelnder Technologie, Es wird erwartet, dass ZTA die Grundlage für neue Konzepte in verschiedenen Bereichen, insbesondere in der Biomedizin, sein wird.