O óxido de circonio e o óxido de aluminio xuntos producen alúmina endurecida con circonio (ZTA), un material excepcional en moitas aplicacións. Propiedades mecánicas, forza, tenacidade á fractura, elasticidade, A dureza e a resistencia ao desgaste son moi apreciadas neste material cerámico composto que pertence á clase de compostos AZ.. ZTA converteuse na opción preferida para unha alta resistencia mecánica, resistencia térmica e resistencia á corrosión.
Decodificación da composición e estrutura
Entre outras cousas, Zirconia Toughened Alumina consiste en granos de circonio dispersos uniformemente dentro dunha matriz de alúmina. Normalmente, isto inclúe 10-20% volume de ZrO2 en alúmina. Segundo as súas proporcións, mesturas constituíntes contribúen a cerámicas con características específicas dependendo dunha aplicación particular.
Bloques de construción: Alúmina e circonio
Os principais compoñentes que se mesturan para formar ZTA son a alúmina e o zirconio. Ademais, Os implantes ortopédicos utilizaron este material cerámico coñecido como óxido de aluminio (Al2O3) in history due to its good biocompatibility as well as its great mechanical strength and fracture resistance.
Another outstanding property of zirconia is its low rates of corrosion as well as good chemical stability and high mechanical strength. Its Young’s modulus is in the same order of magnitude with stainless steel alloys.
How It Is Made
To produce ZTA means creating tetragonal-phase zirconia grains uniformly distributed throughout an alumina matrix. A crack tip stress concentration can alter a tetragonal crystal structure into a monoclinic one thereby leading to an associated increase in volume of zirconia. Such volume expansion effectively reverses or stops the growth of crack leading to greater toughness and strength.
Mechanical Properties of ZrO2-Al2O3 Ceramics
There is a wide range of mechanical properties exhibited by ZTA including superior hardness than conventional aluminas with similar density values, higher flexural strength than conventional aluminas and lower than conventional zirconias coefficient of linear thermal expansions (CLTE).
Zirconia Toughened Alumina has high mechanical strength and is thermally resistant hence it does not corrode. Below are some of ZTA’s properties:
Valor da propiedade
Fórmula química Zr-Al2O3
Densidade 4.1-4.38 g/cm^3
Dureza 1750-2100 Botón
Elasticidade 45-49 x 10^6 psi
Resistencia á flexión 100-145 ksi
Poisson’s Ratio 0.26
Tenacidade á fractura 5-7 MPa m^1/2
Coeficiente de dilatación térmica 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Condutividade térmica 20.0-21.0 W/mK
Resistencia ao choque 325 °C
Temperatura máxima de traballo 1650 °C
Applications of ZrO2-Al2O3 Ceramics
Zirconia Toughened Alumina is used in various applications such as those which require high strength and wear resistance. These include valve seals, sleeves, pump pistons, spraying nozzles and other industrial parts.
Biocompatibility of ZTA
In various studies, O ZTA non produce reaccións adversas no tecido tras a implantación, polo que é un bo candidato para compoñentes ortopédicos de soporte de carga.. Ademais, a dureza, A dureza e a resistencia que presentan as cerámicas de circonio-alúmina fanas aptas para compoñentes ortopédicos de soporte de carga..
ZTA en artroplastia de cadeira
Houbo considerables deliberacións sobre cerámicas como a alúmina, circonio e alúmina endurecida con circonio (ZTA) como materiais axeitados na artroplastia de cadeira . Estas vantaxes do ZTA conseguíronse sen ter que incorporar as desvantaxes asociadas ao zirconio estabilizado con itria que presenta altas propiedades mecánicas ou á alúmina coa súa alta inercia..
ZTA en artroplastia de xeonllo
Sobre todo, deseños de implantes cerámicos para artroplastia total de xeonllo (TKA) desenvolvéronse para tratar o problema das reaccións alérxicas que poden ocorrer en pacientes cando os compoñentes modernos de aliaxe de titanio ou cobalto-cromo liberan partículas de desgaste.. Alumina endurecida con circonio (ZTA) Matrix Composite é un biomaterial de vangarda para este tipo de aplicacións.
ZTA: O futuro prometedor
Isto implica investigación continua e desenvolvemento de formas de mellorar os atributos de ZTA e os seus usos potenciais.. Deseñouse outra alúmina endurecida con circonio procesada por lotes con propiedades mecánicas en termos de resistencia á flexión substancialmente menores que as de Biolox® Delta dispoñibles comercialmente.. Outro, como os compostos cerámicos de nitruro de silicio introducidos recentemente na artroplastia de cadeira tamén presentan unha maior resistencia que a alúmina. O futuro é brillante para ZTA con moitas aplicacións e propiedades superiores.. Polo tanto, coa tecnoloxía en evolución, espérase que a ZTA sexa a base de novos conceptos en diversas frontes, especialmente na biomedicina.