Tsirkooniumoksiid ja alumiiniumoksiid koos annavad tsirkooniumoksiidi karastatud alumiiniumoksiidi (ZTA), erakordne materjal paljudes rakendustes. Mehaanilised omadused, tugevus, murdumise sitkus, elastsus, Kõvadus ja kulumiskindlus on selles komposiitkeraamilises materjalis kõrgelt hinnatud, mis kuulub AZ komposiitide klassi.. ZTA-st on saanud eelistatud valik suure mehaanilise tugevuse jaoks, soojustakistus ja korrosioonikindlus.
Kompositsiooni ja struktuuri dekodeerimine
Muuhulgas, Tsirkooniumoksiidi karastatud alumiiniumoksiid koosneb alumiiniumoksiidi maatriksis ühtlaselt hajutatud tsirkooniumoksiidi teradest. Tavaliselt, see hõlmab 10-20% ZrO2 maht alumiiniumoksiidis. Sõltuvalt nende proportsioonidest, koostisesegud annavad keraamikale kaasa spetsiifilised omadused olenevalt konkreetsest rakendusest.
Ehitusplokid: Alumiiniumoksiid ja tsirkooniumoksiid
Peamised komponendid, mida ZTA moodustamiseks segatakse, on alumiiniumoksiid ja tsirkooniumoksiid. Pealegi, ortopeedilised implantaadid on kasutanud seda keraamilist materjali, mida tuntakse alumiiniumoksiidina (Al2O3) ajaloos nii hea biosobivuse kui ka suure mehaanilise tugevuse ja purunemiskindluse tõttu.
Tsirkooniumoksiidi teine silmapaistev omadus on selle madal korrosioonimäär, hea keemiline stabiilsus ja kõrge mehaaniline tugevus. Selle Youngi moodul on samas suurusjärgus roostevaba terase sulamitega.
Kuidas see on valmistatud
ZTA tootmine tähendab tetragonaalse faasi tsirkooniumoksiidi terade loomist, mis on ühtlaselt jaotunud kogu alumiiniumoksiidi maatriksis. Prao otsa pingekontsentratsioon võib muuta tetragonaalse kristallstruktuuri monokliiniliseks, põhjustades sellega seotud tsirkooniumoksiidi mahu suurenemist. Selline mahu suurenemine pöörab tõhusalt tagasi või peatab pragude kasvu, mis toob kaasa suurema sitkuse ja tugevuse.
ZrO2-Al2O3 keraamika mehaanilised omadused
ZTA-l on lai valik mehaanilisi omadusi, sealhulgas parem kõvadus kui tavalistel sarnaste tihedusväärtustega alumiiniumoksiididel, suurem paindetugevus kui tavalistel alumiiniumoksiididel ja väiksem kui tavalistel tsirkooniumoksiididel lineaarsete soojuspaisumistegur (CLTE).
Karastatud tsirkooniumoksiidil on kõrge mehaaniline tugevus ja see on termiliselt vastupidav, mistõttu see ei korrodeeru. Allpool on mõned ZTA omadused:
Kinnisvara väärtus
Keemiline valem Zr-Al2O3
Tihedus 4.1-4.38 g/cm^3
Kõvadus 1750-2100 Nupp
Elastsus 45-49 x 10^6 psi
Painde tugevus 100-145 ksi
Poissoni suhe 0.26
Murdetugevus 5-7 MPa m^1/2
Soojuspaisumise koefitsient 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Soojusjuhtivus 20.0-21.0 W/mK
Löögikindlus 325 °C
Maksimaalne töötemperatuur 1650 °C
ZrO2-Al2O3 keraamika rakendused
Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiidi kasutatakse mitmesugustes rakendustes, näiteks sellistes, mis nõuavad suurt tugevust ja kulumiskindlust. Nende hulka kuuluvad klapitihendid, varrukad, pumba kolvid, pihustusdüüsid ja muud tööstuslikud osad.
ZTA biosobivus
Erinevates uuringutes, On teatatud, et ZTA ei põhjusta implanteerimisel kahjulikke koereaktsioone, mistõttu on see hea kandidaat ortopeediliste koormust kandvate komponentide jaoks. Lisaks, kõvadus, Tsirkoonium-alumiiniumoksiidi keraamika vastupidavus ja tugevus muudavad need sobivad ortopeediliste kandekomponentide jaoks.
ZTA puusaliigese artroplastikas
Keraamika, näiteks alumiiniumoksiidi üle on palju arutletud, tsirkooniumoksiid ja tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid (ZTA) sobivate materjalidena puusaliigese endoproteesimisel . Need ZTA eelised saavutati ilma, et oleks vaja lisada puudusi, mis on seotud ütriumoksiidiga stabiliseeritud tsirkooniumoksiidiga, millel on kõrged mehaanilised omadused, või alumiiniumoksiidiga, millel on kõrge inertsus.
ZTA põlveliigese artroplastikas
Enamasti, keraamilised implantaadid põlveliigese täielikuks artroplastikaks (TKA) on välja töötatud selleks, et käsitleda allergilisi reaktsioone, mis võivad tekkida patsientidel, kui kaasaegsed titaani või koobalt-kroomi sulami komponendid vabastavad kulumisosakesi. Tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid (ZTA) Matrix Composite on selliste rakenduste jaoks tipptasemel biomaterjal.
ZTA: Paljutõotav tulevik
See hõlmab nii pidevat uurimistööd kui ka väljatöötamist ZTA atribuutide ja selle võimalike kasutusvõimaluste parandamiseks. Teine partiidena töödeldud tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid on kavandatud mehaaniliste omadustega paindetugevuse osas, mis on oluliselt väiksem kui kaubanduslikult saadaval Biolox® Deltal.. Teine, Hiljuti puusaliigese endoproteesimisel kasutusele võetud räninitriidkeraamika komposiidid on samuti tugevamad kui alumiiniumoksiid. Paljude rakenduste ja suurepäraste omadustega ZTA tulevik on helge. Seetõttu, areneva tehnoloogiaga, Eeldatakse, et ZTA on aluseks uutele kontseptsioonidele erinevatel rinnetel, eriti biomeditsiinis.