Zirconia Toughened Alumina

אלומינה מחוסמת זירקוניה (ZTA) הוא חומר קרמי מתקדם בשימוש נרחב באטמי שסתומים, תותבים, רכיבי משאבה וכלי חיתוך בשל חוזקה ויציבותה הכימית – כפי שמעידה יכולתו לעמוד בעומסים כבדים ללא השפלה משמעותית.

ZTA מתגאה בעמידות בפני זעזועים תרמיים מרשימים ויכולה לעמוד בשינויים פתאומיים בשינויי טמפרטורה, כמו גם תנודות טמפרטורה מהירות. המשך לקרוא כדי ללמוד עוד על התכונות המכניות שלו!

קַשִׁיוּת

זירקוניה המווספת למטריצת אלומינה מגבירה את קשיותו, קשיחות שבר וחוזק כיפוף תוך הגברת ההתנגדות לבלאי ושחיקה. המנגנון המעורב בדרך כלל הוא טרנספורמציה של פאזה ואחריה היווצרות מיקרו-סדקים, אך עשוי להיות כרוך גם בתיאוריות של תיאוריות מתח לפי האפשרויות.

משקעי זירקוניה מט-יציבים היוצרים פיזור עדין בתוך מטריצת אלומינה יכולים לעבור טרנספורמציה ספונטנית לצורות מונוקליניות כאשר האילוץ שלהם מוסר במהלך התפשטות הסדקים, מתן אנרגיה נגד שדות מתח המניעים את התפשטות הסדקים.

קרמיקת ZTA בעלת קשיחות וקשיות שברים מעולים בהשוואה לקרמיקה הנדסית אחרת מבוססת תחמוצת, כמו גם פי שניים מעוצמת העייפות המחזורית של Y-TZP. בְּתוֹר שֶׁכַזֶה, תכונותיו הופכות אותו למתאים ליישומים הדורשים עמידות בפני שחיקה קיצונית, אינרטיות כימית וחיכוך נמוך וכן חוזק וקשיחות גבוהים.

חוזק כפיפה

ניתן לייצר קרמיקה של ZTA על ידי שינוי היחס בין זירקוניה מיוצבת איטריה (Y-TZP) בתוך מטריצת אלומינה באמצעות לחיצה איזוסטטית חמה, לייעל שילובי קשיות-שבר-קשיחות-חוזק כיפוף המביאים לעמידות מחזורית ללא תחרות העולה על רוב הקרמיקה הטכנית המתקדמת.

Y-TZP יציב במטריצת אלומינה מביאה להיווצרות של אגלומרטים של שלב טרנספורמציה טטראגונל-מונוקליני אשר מגבירים את קשיחות השבר באמצעות התקשות טרנספורמציה של פאזה (קלוזן 1976). עדיף לחצות סדקים, צבירי מעבר אלו ידחוסו את האזור לפני חזית הסדק ויפחיתו את התקדמותו, בסופו של דבר מגביר את קשיחות השבר.

מבנה חומר זה הוביל ליצירת חומרים מרוכבים מאלומינה-זירקוניה כגון BIOLOX Delta, בשימוש נרחב להחלפות ירך מלאות ורכיבים אורטופדיים אחרים נושאי עומס. חומר ביולוגי קרמי זה כולל עמידות בלאי יוצאת דופן, אינרציה כימית בטמפרטורת החדר, עמידות בפני זעזועים תרמיים ואינרטיות כימית מצוינת בכל הטמפרטורות.

עמידות בפני קורוזיה

אינרטי מבחינה כימית ועמיד בפני טמפרטורות גבוהות ובלאי, הוא מספק ביצועים מעולים בהשוואה ל 99 קרמיקה אלומינה והיא גם חסכונית יותר.

זירקוניה מתגאה גם בחוזק מתיחה מרשים, תכונות כיפוף וגמישות ותאימות ביולוגית – מה שהופך אותו לאידיאלי לשימושים רפואיים כמו החלפות ירך. עקב טרנספורמציה התקשות בתנאי לחץ, חלקיקי זירקוניה משתנים מצורה טטראגונלית מט-יציבה לצורה מונוקלינית, עוזר לסגור סדקים בצורה יעילה יותר תוך הגברת קשיחות השבר.

CeramTec (Biolox Delta) ממסחרת חומר מרוכב אלומינה-זירקוניה שבו זירקוניה לא מיוצבת נשארת בשלב הטרגונלי כדי לנהל את הטרנספורמציה הזו ולספק הקהה של קצה הסדק וסטיית הסדק, שיפור הקשיחות של מטריצת אלומינה. ניתן לשנות תכולת זירקוניה בחומר באמצעות טכניקות הכנת אבקה וצפיפות.

עמידות בפני הלם תרמי

זירקוניה הנוספת למטריצת אלומינה ראשונית במהלך סינטר יכולה לשפר משמעותית את החוזק והקשיחות שלה, יצירת מה שמכונה ZTA (Zirconia Toughened Alumina), ביצועים טובים יותר מקרמיקה אלומינה רגילה הן ביישומים מכניים והן ביישומים בלאי.

אלומינה קשוחה של זירקוניה ידועה בתכונותיה יוצאות הדופן כגון קשיות חמה גבוהה וחוזק התלהבות, אינרציה כימית בטמפרטורת החדר, שיעורי התפשטות תרמית נמוכים ועמידות בפני זעזועים תרמיים מעולה – מאפיינים אידיאליים עבור כרסום רכיבים כמו גם חלקי בלאי הדורשים מנגנוני קירור.

CeramTec משווקת ZTA בשם Biolox delta הכוללת מטריצת אלומינה עם חלקיקי Y-TZP מפוזרים (17 משקל/משקל%) וטסיות סטרונציום אלומינאט (0.5 משקל/משקל%), מתן שילוב יעיל של מנגנוני טרנספורמציה של פאזה טטראגונלית-למונוקלינית ומנגנוני הסטת סדקים כדי לספק קשיחות משופרת, מה שהופך את זה לאידיאלי עבור הליכי THA ראשוניים על משטחי נושאות הירך.

בידוד חשמלי

אלומינה מוקשחת זירקוניה יכולה לעמוד בפני זעזועים תרמיים מבלי להיסדק או להישבר תחת שינויים פתאומיים בטמפרטורה, הודות לחלקיקי אלומינה מפוזרים המפוזרים בתוך המטריצה ​​שלו שסופגים את האנרגיה התרמית ויוצרים מתחי דחיסה המונעים שברים.

קרמיקת אלומינה-זירקוניה צפופה יותר ממקבילה הזרקוניה הטהורה, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור יישומי בידוד חשמלי. יֶתֶר עַל כֵּן, ההתפשטות התרמית הנמוכה מזו של זירקוניה הופכת אותו למתאים לחלקים הדורשים קירור.

התקשות טרנספורמציה של חומרים מרוכבים מאלומינה-זירקוניה מציעה יתרונות נוספים; כָּאן, גרגרי זירקוניה במטריצת אלומינה עוברים שלב מט-יציב שבו הגרגירים שלהם עוברים טרנספורמציה ממבנים טטראגונליים למבנים מונוקליניים, ובכך להפחית את הסדקים הנגרמים מלחץ על ידי הגברת ההתנגדות נגד שחיקה והשפעה. זירקוניה מוקשה מאלומינה מתרחשת בדרך כלל באמצעות תגובה פירופורית המערבת זירקוניום(IV) תחמוצת אוקטהידרט, אלומיניום חנקתי ננוהידראט טריאתילאמין ו-HNO3(חומצה חנקתית); הגדלת גדלי החלקיקים מסייעת עוד יותר בפיזור של גרגרי זירקוניה יציבים.