L'oxyde de zirconium et l'oxyde d'aluminium réunis donnent de l'alumine trempée en zircone (ZTA), un matériau exceptionnel dans de nombreuses applications. Propriétés mécaniques, force, ténacité à la rupture, élasticité, la dureté et la résistance à l'usure sont très appréciées dans ce matériau composite céramique qui appartient à la classe des composites AZ. ZTA est devenu le choix privilégié pour une résistance mécanique élevée, résistance thermique et résistance à la corrosion.
Décoder la composition et la structure
Entre autres choses, L'alumine trempée en zircone est constituée de grains de zircone dispersés uniformément dans une matrice d'alumine.. Normalement, cela inclut 10-20% volume de ZrO2 dans l'alumine. Selon leurs proportions, les mélanges de constituants contribuent à des céramiques présentant des caractéristiques spécifiques selon une application particulière.
Blocs de construction: Alumine et Zircone
Les principaux composants mélangés pour former le ZTA sont l'alumine et la zircone.. De plus, les implants orthopédiques utilisent ce matériau céramique connu sous le nom d'oxyde d'aluminium (Al2O3) dans l'histoire en raison de sa bonne biocompatibilité ainsi que de sa grande résistance mécanique et résistance à la rupture.
Une autre propriété remarquable de la zircone est son faible taux de corrosion ainsi que sa bonne stabilité chimique et sa haute résistance mécanique.. Son module d'Young est du même ordre de grandeur que celui des alliages d'acier inoxydable..
Comment c'est fait
Produire du ZTA signifie créer des grains de zircone à phase tétragonale uniformément répartis dans une matrice d'alumine.. Une concentration de contraintes à l'extrémité d'une fissure peut modifier une structure cristalline tétragonale en une structure monoclinique, entraînant ainsi une augmentation associée du volume de zircone.. Une telle expansion de volume inverse ou arrête efficacement la croissance des fissures, ce qui conduit à une plus grande ténacité et résistance..
Propriétés mécaniques des céramiques ZrO2-Al2O3
Le ZTA présente une large gamme de propriétés mécaniques, notamment une dureté supérieure à celle des alumines conventionnelles avec des valeurs de densité similaires., résistance à la flexion supérieure à celle des alumines conventionnelles et coefficient de dilatation thermique linéaire inférieur à celui des zircones conventionnelles (CLTE).
L'alumine trempée en zircone a une résistance mécanique élevée et est résistante thermiquement, elle ne se corrode donc pas. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des propriétés de ZTA:
Valeur de la propriété
Formule chimique Zr-Al2O3
Densité 4.1-4.38 g/cm^3
Dureté 1750-2100 Bouton
Élasticité 45-49 x 10^6 psi
Résistance à la flexion 100-145 ksi
Coefficient de Poisson 0.26
Résistance à la rupture 5-7 MPam^1/2
Coefficient de dilatation thermique 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Conductivité thermique 20.0-21.0 W/mK
Résistance aux chocs 325 °C
Température de fonctionnement maximale 1650 °C
Applications des céramiques ZrO2-Al2O3
L'alumine trempée à base de zircone est utilisée dans diverses applications telles que celles qui nécessitent une résistance élevée et une résistance à l'usure.. Il s'agit notamment des joints de valve, manches, pistons de pompe, buses de pulvérisation et autres pièces industrielles.
Biocompatibilité du ZTA
Dans diverses études, Il a été rapporté que le ZTA ne produit aucune réaction tissulaire indésirable lors de l'implantation, ce qui en fait un bon candidat pour les composants orthopédiques porteurs.. En outre, la dureté, la ténacité et la résistance des céramiques zircone-alumine les rendent adaptées aux composants orthopédiques porteurs.
ZTA dans l'arthroplastie de la hanche
Il y a eu des délibérations considérables sur les céramiques comme l'alumine, zircone et alumine trempée à la zircone (ZTA) comme matériaux appropriés pour l'arthroplastie de la hanche . Ces avantages du ZTA ont été obtenus sans avoir à intégrer les inconvénients associés à la zircone stabilisée à l'yttrium qui présente des propriétés mécaniques élevées ou à l'alumine avec sa grande inertie..
ZTA dans l'arthroplastie du genou
Surtout, conceptions d'implants en céramique pour arthroplastie totale du genou (PTG) ont été développés afin de traiter le problème des réactions allergiques qui peuvent survenir chez les patients lorsque des composants modernes en titane ou en alliage cobalt-chrome libèrent des particules d'usure. L'alumine trempée à la zircone (ZTA) Matrix Composite est un biomatériau de pointe pour de telles applications.
ZTA: L'avenir prometteur
Cela implique une recherche continue ainsi qu’un développement sur les moyens d’améliorer les attributs du ZTA et ses utilisations potentielles.. Une autre alumine trempée à base de zircone traitée par lots a été conçue avec des propriétés mécaniques en termes de résistance à la flexion nettement inférieures à celles du Biolox® Delta disponible dans le commerce.. Un autre, tels que les composites céramiques de nitrure de silicium introduits récemment dans l'arthroplastie de la hanche, présentent également une résistance supérieure à celle de l'alumine. L'avenir est prometteur pour le ZTA avec de nombreuses applications et des propriétés supérieures.. Donc, avec une technologie en évolution, on s'attend à ce que ZTA soit la base de nouveaux concepts sur divers fronts, notamment en biomédecine.