酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムを組み合わせると、ジルコニア強化アルミナが得られます。 (ZTA), 多くの用途に優れた素材. 機械的性質, 強さ, 破壊靱性, 弾性, AZ複合材料のクラスに属するこの複合セラミック材料は、硬度と耐摩耗性が高く評価されています。. ZTA は高い機械的強度を実現するための好ましい選択肢となっています, 耐熱性と耐食性.
組成と構造を解読する
とりわけ, ジルコニア強化アルミナは、アルミナマトリックス内に均一に分散されたジルコニア粒子で構成されています。. 通常, これには含まれます 10-20% アルミナ中のZrO2の体積. それらの比率に応じて, 成分混合物は、特定の用途に応じて特定の機能を備えたセラミックスに貢献します.
ビルディングブロック: アルミナとジルコニア
ZTAを形成するために混合される主成分はアルミナとジルコニアです. さらに, 整形外科用インプラントには、酸化アルミニウムとして知られるこのセラミック材料が使用されています。 (Al2O3) 優れた生体適合性、優れた機械的強度と耐破壊性により、歴史上最も優れた製品です。.
ジルコニアのもう 1 つの優れた特性は、腐食率が低いこと、優れた化学的安定性と高い機械的強度です。. ヤング率はステンレス鋼合金と同程度です.
作り方
ZTA を生成するとは、アルミナ マトリックス全体に均一に分散された正方晶系のジルコニア粒子を生成することを意味します。. 亀裂先端の応力集中により、正方晶系の結晶構造が単斜晶系の結晶構造に変化する可能性があり、これに伴ってジルコニアの体積が増加します。. このような体積膨張は、亀裂の成長を効果的に逆転または停止させ、靭性と強度の向上につながります。.
ZrO2-Al2O3セラミックスの機械的性質
ZTA は、同様の密度値を持つ従来のアルミナよりも優れた硬度を含む幅広い機械的特性を示します。, 従来のアルミナよりも曲げ強度が高く、従来のジルコニアよりも線熱膨張係数が低い (CLTE).
ジルコニア強化アルミナは機械的強度が高く、耐熱性があるため腐食しません。. 以下は ZTA のプロパティの一部です:
プロパティ値
化学式 Zr-Al2O3
密度 4.1-4.38 g/cm^3
硬度 1750-2100 ボタン
弾性 45-49 × 10^6 psi
曲げ強さ 100-145 クシ
ポアソン比 0.26
破壊靱性 5-7 MPa・m^1/2
熱膨張係数 8.0-8.1 × 10^-6 1/C
熱伝導率 20.0-21.0 W/mK
耐衝撃性 325 ℃
最高使用温度 1650 ℃
ZrO2-Al2O3セラミックスの応用
ジルコニア強化アルミナは、高い強度や耐摩耗性が要求される用途などに使用されています。. これらにはバルブシールが含まれます, 袖, ポンプピストン, スプレーノズルおよびその他の工業用部品.
ZTAの生体適合性
さまざまな研究で, ZTA は移植時に組織に悪影響を及ぼさないことが報告されているため、整形外科用耐荷重コンポーネントの優れた候補となっています。. 加えて, 硬さ, ジルコニア アルミナ セラミックが示す靭性と強度により、整形外科用耐荷重コンポーネントに適しています。.
股関節形成術における ZTA
アルミナのようなセラミックスについてはかなりの議論が行われてきました, ジルコニアおよびジルコニア強化アルミナ (ZTA) 人工股関節置換術に適した材料として . ZTA のこれらの利点は、高い機械的特性を示すイットリア安定化ジルコニアや高い不活性を持つアルミナに関連する欠点を組み込む必要なく達成されました。.
膝関節形成術における ZTA
たいてい, 人工膝関節全置換術のためのセラミックインプラントの設計 (TKA) 最新のチタンまたはコバルトクロム合金のコンポーネントが摩耗粒子を放出するときに患者に発生する可能性のあるアレルギー反応の問題に対処するために開発されました。. ジルコニア強化アルミナ (ZTA) マトリックス複合材料は、このような用途向けの最先端の生体材料です.
ZTA: 有望な未来
これには、ZTA の特性とその潜在的な用途を改善する方法に関する継続的な研究と開発が含まれます。. 別のバッチ処理されたジルコニア強化アルミナは、市販の Biolox® Delta よりも曲げ強度の点で機械的特性が大幅に低いように設計されています。. 別の, 最近人工股関節形成術に導入された窒化ケイ素セラミックス複合材料なども、アルミナよりも高い強度を示します。多くの用途と優れた特性を備えた ZTA の未来は明るいです。. したがって, 進化するテクノロジーで, ZTA は、特に生物医学のさまざまな分野における新しい概念の基礎となることが期待されています.