Το οξείδιο του ζιρκονίου και το οξείδιο του αλουμινίου μαζί δίνουν Αλουμίνα σκληρυμένη με ζιρκονία (ZTA), ένα εξαιρετικό υλικό σε πολλές εφαρμογές. Μηχανικές ιδιότητες, δύναμη, αντοχή σε θραύση, ελαστικότητα, Η σκληρότητα και η αντοχή στη φθορά εκτιμώνται ιδιαίτερα σε αυτό το σύνθετο κεραμικό υλικό που ανήκει στην κατηγορία των σύνθετων υλικών ΑΖ. Το ZTA έχει γίνει η προτιμώμενη επιλογή για υψηλή μηχανική αντοχή, θερμική αντίσταση και αντοχή στη διάβρωση.
Αποκωδικοποίηση της σύνθεσης και της δομής
Μεταξύ άλλων, Η ζιρκονία σκληρυμένη αλουμίνα αποτελείται από κόκκους ζιρκονίας διασκορπισμένους ομοιόμορφα μέσα σε μια μήτρα αλουμίνας. Κανονικά, αυτό περιλαμβάνει 10-20% όγκος ZrO2 σε αλουμίνα. Ανάλογα με τις αναλογίες τους, Τα συστατικά μείγματα συμβάλλουν στα κεραμικά με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ανάλογα με μια συγκεκριμένη εφαρμογή.
Δομικά Μπλοκ: Αλουμίνα και Ζιργκόν
Τα κύρια συστατικά που αναμειγνύονται για να σχηματίσουν ΖΤΑ είναι η αλουμίνα και η ζιρκονία. Εξάλλου, Τα ορθοπεδικά εμφυτεύματα χρησιμοποιούν αυτό το κεραμικό υλικό που είναι γνωστό ως οξείδιο του αργιλίου (Al2O3) στην ιστορία λόγω της καλής βιοσυμβατότητάς του καθώς και της μεγάλης μηχανικής του αντοχής και αντοχής σε θραύση.
Μια άλλη εξαιρετική ιδιότητα της ζιρκονίας είναι τα χαμηλά ποσοστά διάβρωσης καθώς και η καλή χημική σταθερότητα και η υψηλή μηχανική αντοχή. Το μέτρο του Young είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με τα κράματα ανοξείδωτου χάλυβα.
Πώς Κατασκευάζεται
Η παραγωγή ZTA σημαίνει δημιουργία κόκκων ζιρκονίας τετραγωνικής φάσης ομοιόμορφα κατανεμημένοι σε μια μήτρα αλουμίνας. Μια συγκέντρωση τάσης στο άκρο της ρωγμής μπορεί να μεταβάλει μια τετραγωνική κρυσταλλική δομή σε μονοκλινική, οδηγώντας έτσι σε σχετική αύξηση του όγκου της ζιρκονίας. Μια τέτοια διόγκωση όγκου αντιστρέφει ή σταματά αποτελεσματικά την ανάπτυξη της ρωγμής οδηγώντας σε μεγαλύτερη σκληρότητα και αντοχή.
Μηχανικές Ιδιότητες Κεραμικών ZrO2-Al2O3
Υπάρχει ένα ευρύ φάσμα μηχανικών ιδιοτήτων που παρουσιάζει το ZTA, συμπεριλαμβανομένης της ανώτερης σκληρότητας από τις συμβατικές αλουμίνες με παρόμοιες τιμές πυκνότητας, υψηλότερη αντοχή σε κάμψη από τις συμβατικές αλουμίνες και χαμηλότερος συντελεστής γραμμικών θερμικών διαστολών από τις συμβατικές ζιρκονίες (CLTE).
Η Zirconia Toughened Alumina έχει υψηλή μηχανική αντοχή και είναι θερμικά ανθεκτική, επομένως δεν διαβρώνεται. Παρακάτω είναι μερικές από τις ιδιότητες του ZTA:
Αξία Ακινήτου
Χημικός Τύπος Zr-Al2O3
Πυκνότητα 4.1-4.38 g/cm^3
Σκληρότητα 1750-2100 Κουμπί
Ελαστικότητα 45-49 x 10^6 psi
Αντοχή κάμψης 100-145 ksi
Αναλογία Poisson 0.26
Ανθεκτικότητα σε θραύση 5-7 MPa m^1/2
Συντελεστής Θερμικής Διαστολής 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Θερμική αγωγιμότητα 20.0-21.0 W/mK
Αντοχή σε κραδασμούς 325 °C
Μέγιστη θερμοκρασία εργασίας 1650 °C
Εφαρμογές Κεραμικών ZrO2-Al2O3
Η Ζιρκονία Σκληρυμένη Αλουμίνα χρησιμοποιείται σε διάφορες εφαρμογές όπως αυτές που απαιτούν υψηλή αντοχή και αντοχή στη φθορά. Αυτά περιλαμβάνουν τσιμούχες βαλβίδων, μανίκια, έμβολα αντλίας, ακροφύσια ψεκασμού και άλλα βιομηχανικά μέρη.
Βιοσυμβατότητα του ZTA
Σε διάφορες μελέτες, Το ZTA έχει αναφερθεί ότι δεν προκαλεί καμία ανεπιθύμητη αντίδραση στον ιστό κατά την εμφύτευση, καθιστώντας το έτσι καλό υποψήφιο για ορθοπεδικά φέροντα εξαρτήματα. Εξάλλου, η σκληρότητα, Η σκληρότητα και η αντοχή που παρουσιάζουν τα κεραμικά ζιρκονίας-αλουμίνας τα καθιστούν κατάλληλα για ορθοπεδικά φέροντα εξαρτήματα.
ZTA στην Αρθροπλαστική Ισχίου
Έχουν γίνει σημαντικές συζητήσεις για κεραμικά όπως η αλουμίνα, ζιρκονία και ζιρκονία σκληρυμένη αλουμίνα (ZTA) ως κατάλληλα υλικά στην αρθροπλαστική ισχίου . Αυτά τα πλεονεκτήματα του ZTA επιτεύχθηκαν χωρίς να χρειάζεται να ενσωματωθούν τα μειονεκτήματα που σχετίζονται με τη σταθεροποιημένη με ύττρια ζιρκονία που παρουσιάζει υψηλές μηχανικές ιδιότητες ή την αλουμίνα με την υψηλή της αδράνεια.
ZTA στην Αρθροπλαστική Γόνατος
Κυρίως, σχέδια κεραμικών εμφυτευμάτων για ολική αρθροπλαστική γόνατος (TKA) έχουν αναπτυχθεί για να χειριστεί το ζήτημα των αλλεργικών αντιδράσεων που μπορεί να εμφανιστούν σε ασθενείς όταν τα σύγχρονα συστατικά τιτανίου ή κράματος κοβαλτίου-χρωμίου απελευθερώνουν σωματίδια φθοράς. Η σκληρυνόμενη αλουμίνα με Zirconia (ZTA) Το Matrix Composite είναι ένα βιοϋλικό αιχμής για τέτοιες εφαρμογές.
ZTA: Το Υποσχόμενο Μέλλον
Αυτό περιλαμβάνει συνεχή έρευνα καθώς και ανάπτυξη τρόπων βελτίωσης των χαρακτηριστικών του ZTA και των πιθανών χρήσεών του. Μια άλλη επεξεργασμένη κατά παρτίδα Zirconia Toughened Alumina έχει σχεδιαστεί με μηχανικές ιδιότητες όσον αφορά την αντοχή σε κάμψη πολύ μικρότερες από αυτές της εμπορικά διαθέσιμης Biolox® Delta. Αλλος, όπως τα σύνθετα κεραμικά με νιτρίδιο πυριτίου που εισήχθησαν πρόσφατα στην αρθροπλαστική ισχίου παρουσιάζουν επίσης υψηλότερη αντοχή από την αλουμίνα. Το μέλλον είναι λαμπρό για το ZTA με πολλές εφαρμογές και ανώτερες ιδιότητες. Επομένως, με την εξελισσόμενη τεχνολογία, Αναμένεται ότι το ZTA θα αποτελέσει τη βάση για νέες ιδέες σε διάφορα μέτωπα, ειδικά στη βιοϊατρική.