El óxido de circonio y el óxido de aluminio combinados producen alúmina endurecida con circonio. (ZTA), un material excepcional en muchas aplicaciones. Propiedades mecánicas, fortaleza, tenacidad a la fractura, elasticidad, La dureza y la resistencia al desgaste son muy apreciadas en este material cerámico compuesto que pertenece a la clase de compuestos AZ.. ZTA se ha convertido en la opción preferida por su alta resistencia mecánica, resistencia térmica y resistencia a la corrosión.
Decodificando la composición y estructura
Entre otras cosas, La alúmina endurecida con circonio consta de granos de circonio dispersos uniformemente dentro de una matriz de alúmina.. Normalmente, esto incluye 10-20% volumen de ZrO2 en alúmina. Dependiendo de sus proporciones, Las mezclas de componentes aportan a la cerámica características específicas dependiendo de una aplicación particular..
Bloques de construcción: Alúmina y Circonita
Los principales componentes que se mezclan para formar ZTA son la alúmina y el circonio.. Además, Los implantes ortopédicos han estado utilizando este material cerámico conocido como óxido de aluminio. (Al2O3) en la historia por su buena biocompatibilidad así como por su gran resistencia mecánica y a la fractura.
Otra propiedad destacada del circonio es su baja tasa de corrosión, así como su buena estabilidad química y alta resistencia mecánica.. Su módulo de Young está en el mismo orden de magnitud que las aleaciones de acero inoxidable..
Cómo se hace
Producir ZTA significa crear granos de circonio de fase tetragonal distribuidos uniformemente en toda una matriz de alúmina.. La concentración de tensión en la punta de una grieta puede alterar una estructura cristalina tetragonal y convertirla en una monoclínica, lo que lleva a un aumento asociado en el volumen de circonio.. Esta expansión de volumen invierte o detiene efectivamente el crecimiento de grietas, lo que conduce a una mayor tenacidad y resistencia..
Propiedades mecánicas de la cerámica ZrO2-Al2O3
ZTA presenta una amplia gama de propiedades mecánicas, incluida una dureza superior a la de las alúminas convencionales con valores de densidad similares., mayor resistencia a la flexión que las alúminas convencionales y menor que el coeficiente de expansión térmica lineal de las circonas convencionales (CLTE).
La alúmina endurecida con circonio tiene una alta resistencia mecánica y es térmicamente resistente, por lo que no se corroe.. A continuación se muestran algunas de las propiedades de ZTA.:
Valor de la propiedad
Fórmula química Zr-Al2O3
Densidad 4.1-4.38 gramos/cm^3
Dureza 1750-2100 Botón
Elasticidad 45-49 x 10^6 psi
Resistencia a la flexión 100-145 ksi
Relación de Poisson 0.26
Dureza a la fractura 5-7 MPa·m^1/2
Coeficiente de expansión térmica 8.0-8.1 x 10^-6 1/taza
Conductividad térmica 20.0-21.0 W/mK
Resistencia a los golpes 325 °C
Temperatura máxima de trabajo 1650 °C
Aplicaciones de la cerámica ZrO2-Al2O3
La alúmina endurecida con circonio se utiliza en diversas aplicaciones, como aquellas que requieren alta resistencia y resistencia al desgaste.. Estos incluyen sellos de válvula., mangas, pistones de bomba, boquillas de pulverización y otras piezas industriales.
Biocompatibilidad de ZTA
En varios estudios, Se ha informado que ZTA no produce reacciones tisulares adversas tras la implantación, lo que lo convierte en un buen candidato para componentes ortopédicos que soportan carga.. Además, la dureza, La tenacidad y resistencia exhibidas por las cerámicas de circonio-alúmina las hacen aptas para componentes ortopédicos que soportan cargas..
ZTA en artroplastia de cadera
Ha habido considerables deliberaciones sobre cerámicas como la alúmina., circonio y alúmina endurecida con circonio (ZTA) como materiales adecuados en artroplastia de cadera . Estas ventajas de ZTA se lograron sin tener que incorporar las desventajas asociadas con la circona estabilizada con itria que exhibe altas propiedades mecánicas o la alúmina con su alta inercia..
ZTA en artroplastia de rodilla
Principalmente, Diseños de implantes cerámicos para artroplastia total de rodilla. (ATR) se han desarrollado para abordar el problema de las reacciones alérgicas que pueden ocurrir en pacientes cuando los componentes modernos de titanio o aleación de cobalto-cromo liberan partículas de desgaste.. La alúmina endurecida con circonita (ZTA) Matrix Composite es un biomaterial de vanguardia para este tipo de aplicaciones.
ZTA: El futuro prometedor
Esto implica investigación continua y desarrollo de formas de mejorar los atributos de ZTA y sus usos potenciales.. Se ha diseñado otra alúmina endurecida con circonio procesada por lotes con propiedades mecánicas en términos de resistencia a la flexión sustancialmente menores que las del Biolox® Delta disponible comercialmente.. Otro, como los compuestos cerámicos de nitruro de silicio introducidos recientemente en la artroplastia de cadera también exhiben mayor resistencia que la alúmina. El futuro es brillante para ZTA con muchas aplicaciones y propiedades superiores.. Por lo tanto, con tecnología en evolución, Se espera que ZTA sea la base para nuevos conceptos en varios frentes, especialmente en biomedicina..