Zirkoniumoksidi ja alumiinioksidi yhdistettynä tuottaa Zirkonia Toughened Alumina (ZTA), poikkeuksellinen materiaali monissa sovelluksissa. Mekaaniset ominaisuudet, vahvuus, murtolujuus, joustavuus, kovuus ja kulutuskestävyys ovat erittäin arvostettuja tässä keraamisessa komposiittimateriaalissa, joka kuuluu AZ-komposiittien luokkaan.. ZTA:sta on tullut suosituin valinta korkean mekaanisen lujuuden vuoksi, lämmönkestävyys ja korroosionkestävyys.
Koostumuksen ja rakenteen dekoodaus
Muun muassa, Zirkonia karkaistu alumiinioksidi koostuu zirkoniumoksidirakeista, jotka ovat jakautuneet tasaisesti alumiinioksidimatriisiin. Yleensä, tämä sisältää 10-20% ZrO2:n tilavuus alumiinioksidissa. Riippuen niiden mittasuhteista, ainesosien seokset edistävät keramiikkaa, jolla on erityispiirteitä tietystä sovelluksesta riippuen.
Rakennuspalikoita: Alumiinioksidi ja zirkoniumoksidi
Pääkomponentit, jotka sekoitetaan muodostamaan ZTA, ovat alumiinioksidi ja zirkoniumoksidi. Lisäksi, ortopediset implantit ovat käyttäneet tätä keraamista materiaalia, joka tunnetaan nimellä alumiinioksidi (Al2O3) historiassa hyvän bioyhteensopivuuden sekä suuren mekaanisen lujuuden ja murtumiskestävyyden ansiosta.
Toinen zirkoniumoksidin erinomainen ominaisuus on sen alhainen korroosioaste sekä hyvä kemiallinen stabiilisuus ja korkea mekaaninen lujuus. Sen Youngin moduuli on samaa suuruusluokkaa ruostumattomien terässeosten kanssa.
Kuinka Se Valmistetaan
ZTA:n tuottaminen tarkoittaa tetragonaalifaasisen zirkoniumoksidirakeiden luomista tasaisesti jakautuneena alumiinioksidimatriisiin. Halkeaman kärjen jännityspitoisuus voi muuttaa tetragonaalisen kiderakenteen monokliiniseksi, mikä johtaa siihen liittyvään zirkoniumoksidin tilavuuden kasvuun. Tällainen tilavuuden kasvu kääntää tai pysäyttää tehokkaasti halkeaman kasvun, mikä lisää sitkeyttä ja lujuutta.
ZrO2-Al2O3-keramiikan mekaaniset ominaisuudet
ZTA:lla on laaja valikoima mekaanisia ominaisuuksia, mukaan lukien parempi kovuus kuin perinteiset alumiinioksidit, joilla on samanlaiset tiheysarvot, suurempi taivutuslujuus kuin tavanomaisilla alumiinioksidilla ja pienempi kuin tavanomaisilla zirkoniumoksidilla lineaaristen lämpölaajenemien kerroin (CLTE).
Zirkonia karkaistu alumiinioksidi on korkea mekaaninen lujuus ja lämmönkestävä, joten se ei syöpy. Alla on joitain ZTA:n ominaisuuksia:
Kiinteistön arvo
Kemiallinen kaava Zr-Al2O3
Tiheys 4.1-4.38 g/cm^3
Kovuus 1750-2100 Painike
Elastisuus 45-49 x 10^6 psi
Taivutusvoima 100-145 ksi
Poissonin suhde 0.26
Murtumislujuus 5-7 MPa m^1/2
Lämpölaajenemiskerroin 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Lämmönjohtavuus 20.0-21.0 W/mK
Iskunkesto 325 °C
Maksimi käyttölämpötila 1650 °C
ZrO2-Al2O3-keramiikan sovellukset
Zirkonia karkaistua alumiinioksidia käytetään erilaisissa sovelluksissa, kuten sellaisissa, jotka vaativat suurta lujuutta ja kulutuskestävyyttä. Näitä ovat venttiilitiivisteet, hihat, pumpun männät, suihkutussuuttimet ja muut teollisuusosat.
ZTA:n bioyhteensopivuus
Erilaisissa tutkimuksissa, ZTA:n ei ole raportoitu aiheuttavan haitallisia kudosreaktioita implantoinnin yhteydessä, joten se on hyvä ehdokas ortopedisille kantaville komponenteille. Lisäksi, kovuus, Zirkoniumoksidi-alumiinioksidikeramiikan osoittama sitkeys ja lujuus tekevät niistä sopivia ortopedisiin kantaviin komponentteihin.
ZTA lonkkanivelleikkauksessa
Keramiikkaa, kuten alumiinioksidia, on pohdittu paljon, zirkonia ja zirkonialla karkaistu alumiinioksidi (ZTA) sopivina materiaaleina lonkkanivelleikkauksessa . Nämä ZTA:n edut saavutettiin ilman haittoja, jotka liittyvät yttriastabiloituun zirkoniumoksidiin, jolla on hyvät mekaaniset ominaisuudet, tai alumiinioksidiin sen korkealla inerttiydellä..
ZTA polven artroplastiassa
Enimmäkseen, keraamiset implantit polven kokonaisartroplastiaan (TKA) on kehitetty käsittelemään allergisia reaktioita, joita saattaa ilmetä potilailla, kun nykyaikaiset titaani- tai koboltti-kromiseoskomponentit vapauttavat kulumishiukkasia. Zirkonia karkaistu alumiinioksidi (ZTA) Matrix Composite on huippuluokan biomateriaali tällaisiin sovelluksiin.
ZTA: Lupaava tulevaisuus
Tämä edellyttää jatkuvaa tutkimusta sekä ZTA:n ominaisuuksia ja sen mahdollisia käyttötarkoituksia koskevien tapojen kehittämistä. Toinen panoskäsitelty zirkonia, karkaistu alumiinioksidi on suunniteltu siten, että sen mekaaniset ominaisuudet taivutuslujuuden suhteen ovat huomattavasti pienemmät kuin kaupallisesti saatavalla Biolox® Deltalla.. Toinen, kuten piinitridikeraamiset komposiitit, jotka otettiin äskettäin käyttöön lonkkanivelleikkauksessa, ovat myös vahvempia kuin alumiinioksidi. Tulevaisuus on valoisa ZTA:lle monien sovellusten ja ylivoimaisten ominaisuuksien ansiosta. Siksi, kehittyvän tekniikan kanssa, ZTA:n odotetaan muodostavan pohjan uusille konsepteille eri rintamilla, erityisesti biolääketieteessä.