Zirkonium oksida dan aluminium oksida disatukan menghasilkan Zirkonia Toughened Alumina (ZTA), bahan yang luar biasa dalam banyak aplikasi. Sifat mekanik, kekuatan, ketangguhan patah, elastisitas, kekerasan dan ketahanan aus sangat diapresiasi pada material keramik komposit yang termasuk dalam kelas komposit AZ ini. ZTA telah menjadi pilihan utama karena kekuatan mekaniknya yang tinggi, ketahanan termal dan ketahanan korosi.
Menguraikan Komposisi dan Struktur
Antara lain, Zirkonia Toughened Alumina terdiri dari butiran zirkonia yang tersebar secara seragam dalam matriks alumina. Biasanya, ini termasuk 10-20% volume ZrO2 dalam alumina. Tergantung pada proporsinya, campuran penyusun berkontribusi pada keramik dengan fitur spesifik tergantung pada aplikasi tertentu.
Blok Bangunan: Alumina dan Zirkonia
Komponen utama yang dicampur membentuk ZTA adalah alumina dan zirkonia. Lebih-lebih lagi, implan ortopedi telah menggunakan bahan keramik yang dikenal sebagai Aluminium Oksida (Al2O3) dalam sejarah karena biokompatibilitasnya yang baik serta kekuatan mekanik dan ketahanan patahnya yang besar.
Sifat luar biasa lainnya dari zirkonia adalah tingkat korosi yang rendah serta stabilitas kimia yang baik dan kekuatan mekanik yang tinggi. Modulus Young-nya memiliki besaran yang sama dengan paduan baja tahan karat.
Bagaimana Itu Dibuat
Untuk menghasilkan ZTA berarti membuat butiran zirkonia fase tetragonal yang didistribusikan secara merata ke seluruh matriks alumina. Konsentrasi tegangan ujung retak dapat mengubah struktur kristal tetragonal menjadi monoklinik sehingga menyebabkan peningkatan volume zirkonia.. Perluasan volume seperti itu secara efektif membalikkan atau menghentikan pertumbuhan retakan sehingga menghasilkan ketangguhan dan kekuatan yang lebih besar.
Sifat Mekanik Keramik ZrO2-Al2O3
Ada berbagai sifat mekanik yang ditunjukkan oleh ZTA termasuk kekerasan yang lebih unggul dibandingkan alumina konvensional dengan nilai kepadatan yang serupa, kekuatan lentur lebih tinggi dari alumina konvensional dan koefisien ekspansi termal linier lebih rendah dari zirkonia konvensional (CLTE).
Zirconia Toughened Alumina memiliki kekuatan mekanik yang tinggi dan tahan terhadap panas sehingga tidak menimbulkan korosi. Berikut adalah beberapa properti ZTA:
Nilai Properti
Rumus Kimia Zr-Al2O3
Kepadatan 4.1-4.38 gram/cm^3
Kekerasan 1750-2100 Tombol
Elastisitas 45-49 x 10^6 psi
Kekuatan Lentur 100-145 ksi
Rasio Poisson 0.26
Ketangguhan Patah 5-7 MPa m^1/2
Koefisien Ekspansi Termal 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Konduktivitas Termal 20.0-21.0 W/mK
Tahan Guncangan 325 °C
Suhu Kerja Maksimum 1650 °C
Aplikasi Keramik ZrO2-Al2O3
Zirconia Toughened Alumina digunakan dalam berbagai aplikasi seperti yang membutuhkan kekuatan dan ketahanan aus yang tinggi. Ini termasuk segel katup, lengan baju, piston pompa, penyemprotan nozel dan bagian industri lainnya.
Biokompatibilitas ZTA
Dalam berbagai penelitian, ZTA telah dilaporkan tidak menghasilkan reaksi jaringan yang merugikan pada saat implantasi sehingga menjadikannya kandidat yang baik untuk komponen penahan beban ortopedi.. Selain itu, kekerasannya, ketangguhan dan kekuatan yang ditunjukkan oleh keramik zirkonia-alumina membuatnya cocok untuk komponen penahan beban ortopedi.
ZTA dalam Artroplasti Pinggul
Ada banyak pertimbangan mengenai keramik seperti alumina, zirkonia dan zirkonia memperkuat alumina (ZTA) sebagai bahan yang cocok dalam artroplasti pinggul . Keunggulan ZTA ini dicapai tanpa harus memperhitungkan kelemahan yang terkait dengan zirkonia yang distabilkan dengan yttria yang menunjukkan sifat mekanik tinggi atau alumina dengan kelembaman tinggi..
ZTA dalam Artroplasti Lutut
Sebagian besar, desain implan keramik untuk artroplasti lutut total (TKA) telah dikembangkan untuk menangani masalah reaksi alergi yang mungkin terjadi pada pasien ketika komponen paduan titanium atau kobalt-kromium modern melepaskan partikel aus. Alumina yang Dikeraskan Zirkonia (ZTA) Matrix Composite adalah biomaterial mutakhir untuk aplikasi semacam itu.
ZTA: Masa Depan yang Menjanjikan
Hal ini melibatkan penelitian berkelanjutan serta pengembangan cara meningkatkan atribut ZTA dan potensi penggunaannya. Zirconia Toughened Alumina lain yang diproses secara batch telah dirancang dengan sifat mekanik dalam hal kekuatan lentur yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan Biolox® Delta yang tersedia secara komersial.. Lain, seperti komposit keramik silikon nitrida yang diperkenalkan baru-baru ini pada artroplasti pinggul juga menunjukkan kekuatan yang lebih tinggi dibandingkan alumina. Masa depan cerah bagi ZTA dengan banyak aplikasi dan sifat unggul. Karena itu, dengan teknologi yang berkembang, ZTA diharapkan dapat menjadi landasan konsep-konsep baru di berbagai bidang khususnya biomedis.