Zirconium okside en aluminium okside gearstald leverje Zirconia Toughened Alumina (ZTA), in útsûnderlik materiaal yn in protte tapassingen. Meganyske eigenskippen, sterkte, fracture taaiens, elastisiteit, hurdens en slijtbestriding wurde tige wurdearre yn dit gearstalde keramyske materiaal dat heart ta de klasse fan AZ-kompositen. ZTA is de foarkommende kar wurden foar hege meganyske sterkte, termyske ferset en corrosie ferset.
Dekodearjen fan de gearstalling en struktuer
Under oare dingen, Zirconia Toughened Alumina bestiet út zirconia korrels unifoarm ferspraat binnen in aluminiumoxide matrix. Normaal, dit omfettet 10-20% folume fan ZrO2 yn alumina. Ofhinklik fan harren proporsjes, komponintenmixen drage by oan keramyk mei spesifike funksjes ôfhinklik fan in bepaalde tapassing.
Boublokken: Alumina en sirkonia
De wichtichste komponinten dy't wurde mingd om ZTA te foarmjen binne alumina en zirkonia. Boppedat, ortopedyske ymplantaten hawwe gebrûk makke fan dit keramyske materiaal bekend as Aluminium Oxide (Al2O3) yn 'e skiednis fanwege syn goede biokompatibiliteit en ek syn grutte meganyske sterkte en fraktuerresistinsje.
In oare treflike eigenskip fan zirconia is syn lege tariven fan korrosysje, lykas goede gemyske stabiliteit en hege meganyske sterkte. De modulus fan Young is yn deselde folchoarder fan grutte mei alloys fan roestfrij stiel.
Hoe't it makke wurdt
Om ZTA te produsearjen betsjut it meitsjen fan tetragonale-fase sirkonia korrels unifoarm ferdield oer in aluminiumoxide matrix. In crack tip stress konsintraasje kin feroarje in tetragonale kristal struktuer yn in monoclinic ien dêrmei liedt ta in assosjearre ferheging fan folume fan zirconia. Sa'n folume útwreiding omkeart of stopet effektyf de groei fan crack dy't liedt ta gruttere hurdens en sterkte.
Meganyske eigenskippen fan ZrO2-Al2O3 keramyk
D'r is in breed oanbod fan meganyske eigenskippen tentoansteld troch ZTA, ynklusyf superieure hurdens dan konvinsjonele alumina mei ferlykbere tichtenswearden, hegere buigsterkte dan konvinsjonele alumina en legere dan konvinsjonele zirconia-koëffisjint fan lineêre termyske útwreidingen (CLTE).
Zirconia Toughened Alumina hat hege meganyske sterkte en is thermysk resistint, sadat it net korrodearret. Hjirûnder binne guon fan ZTA's eigenskippen:
Eigenskip Wearde
Gemyske formule Zr-Al2O3
Tichtheid 4.1-4.38 g/cm^3
Hurdens 1750-2100 Knop
Elastisiteit 45-49 x 10^6 psi
Flexure sterkte 100-145 ksi
Poisson's Ratio 0.26
Fracture Toughness 5-7 MPa m^1/2
Koëffisjint fan termyske útwreiding 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Thermyske konduktiviteit 20.0-21.0 W/mK
Shock Resistance 325 °C
Maksimum wurktemperatuer 1650 °C
Applikaasjes fan ZrO2-Al2O3 Ceramics
Zirconia Toughened Alumina wurdt brûkt yn ferskate tapassingen lykas dyjingen dy't hege sterkte en wearbestindich fereaskje. Dizze omfetsje klepdichtingen, mouwen, pompe pistons, sproeiers en oare yndustriële dielen.
Biokompatibiliteit fan ZTA
Yn ferskate stúdzjes, ZTA is rapportearre om gjin neidielige weefselreaksje te produsearjen by ymplantaasje, sadat it in goede kandidaat is foar ortopedyske load-bearing komponinten. Derneist, de hurdens, taaiens en sterkte tentoansteld troch sirkonia-aluminiumoxide keramyk meitsje se geskikt foar ortopedyske load-bearing komponinten.
ZTA yn Hip Arthroplasty
D'r hawwe in soad oerlis west oer keramyk lykas alumina, zirkonia en zirkonia taaide alumina (ZTA) as gaadlik materiaal yn heuparthroplasty . Dizze foardielen fan ZTA waarden berikt sûnder de neidielen dy't ferbûn binne mei yttria-stabilisearre zirkonia dy't hege meganyske eigenskippen of aluminiumoxide mei syn hege inertness toant..
ZTA yn Knee Arthroplasty
Meastentiids, keramyske ymplantûntwerpen foar totale knibbelarthroplasty (TKA) binne ûntwikkele om it probleem te behanneljen fan allergyske reaksjes dy't by pasjinten kinne foarkomme as moderne komponinten fan titanium of kobalt-chroom-legering wearpartikels frijlitte. De Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Matrix Composite is in snijflak biomateriaal foar sokke tapassingen.
ZTA: De belofte takomst
Dit omfettet kontinu ûndersyk as ûntwikkeling oer manieren om de attributen fan ZTA en har potinsjele gebrûk te ferbetterjen. In oare batch-ferwurke Zirconia Toughened Alumina is ûntworpen mei meganyske eigenskippen yn termen fan flexural sterkte substansjeel minder as dy fan kommersjeel beskikber Biolox® Delta. Oar, lykas silisium nitride keramyk composites yntrodusearre koartlyn yn hip arthroplasty ek eksposearret hegere sterkte dan alumina.The takomst is helder foar ZTA mei in protte applikaasjes en superieure eigenskippen. Dêrom, mei evoluearjende technology, it wurdt ferwachte dat ZTA de basis sil wêze foar nije konsepten op ferskate fronten, benammen op biomedicine.