ცირკონიუმის ოქსიდი და ალუმინის ოქსიდი ერთად გამოყოფენ ცირკონიით გამაგრებულ ალუმინს (ZTA), არაჩვეულებრივი მასალა მრავალ აპლიკაციაში. მექანიკური თვისებები, ძალა, მოტეხილობის სიმტკიცე, ელასტიურობას, სიმტკიცე და აცვიათ წინააღმდეგობა ძალიან დაფასებულია ამ კომპოზიციურ კერამიკულ მასალაში, რომელიც მიეკუთვნება AZ კომპოზიტების კლასს.. ZTA გახდა სასურველი არჩევანი მაღალი მექანიკური სიძლიერისთვის, თერმული წინააღმდეგობა და კოროზიის წინააღმდეგობა.
შემადგენლობისა და სტრუქტურის გაშიფვრა
სხვათა შორის, ცირკონიით გამაგრებული ალუმინა შედგება ცირკონიის მარცვლებისგან, რომლებიც ერთნაირად ნაწილდება ალუმინის მატრიცაში.. ჩვეულებრივად, ეს მოიცავს 10-20% ZrO2 მოცულობა ალუმინაში. მათი პროპორციებიდან გამომდინარე, შემადგენელი ნარევები ხელს უწყობს კერამიკას სპეციფიკური მახასიათებლებით, რაც დამოკიდებულია კონკრეტულ აპლიკაციაზე.
სამშენებლო ბლოკები: ალუმინა და ცირკონია
ძირითადი კომპონენტები, რომლებიც შერეულია ZTA-ს შესაქმნელად, არის ალუმინა და ცირკონია. მეტიც, ორთოპედიული იმპლანტანტები იყენებდნენ ამ კერამიკულ მასალას, რომელიც ცნობილია როგორც ალუმინის ოქსიდი (Al2O3) ისტორიაში მისი კარგი ბიოთავსებადობის, ასევე დიდი მექანიკური სიძლიერისა და მოტეხილობის წინააღმდეგობის გამო.
ცირკონიის კიდევ ერთი გამორჩეული თვისებაა მისი დაბალი კოროზიის სიჩქარე, ასევე კარგი ქიმიური სტაბილურობა და მაღალი მექანიკური სიმტკიცე.. მისი იანგის მოდული უჟანგავი ფოლადის შენადნობების სიდიდის ერთნაირია..
როგორ მზადდება
ZTA-ს წარმოება ნიშნავს ტეტრაგონალური ფაზის ცირკონიის მარცვლების შექმნას, რომლებიც თანაბრად ნაწილდება ალუმინის მატრიცაზე.. ბზარის წვერის დაძაბულობის კონცენტრაციამ შეიძლება შეცვალოს ტეტრაგონალური კრისტალური სტრუქტურა მონოკლინიკად, რაც გამოიწვევს ცირკონიის მოცულობის ასოცირებულ ზრდას.. ასეთი მოცულობის გაფართოება ეფექტურად აბრუნებს ან აჩერებს ბზარის ზრდას, რაც იწვევს უფრო მეტ სიმტკიცეს და სიმტკიცეს.
ZrO2-Al2O3 კერამიკის მექანიკური თვისებები
არსებობს ZTA-ს მიერ გამოვლენილი მექანიკური თვისებების ფართო სპექტრი, მათ შორის უმაღლესი სიმტკიცე, ვიდრე ჩვეულებრივი ალუმინის მსგავსი სიმკვრივის მნიშვნელობები., უფრო მაღალი მოქნილობის სიმტკიცე, ვიდრე ჩვეულებრივი ალუმინისა და უფრო დაბალი ვიდრე ჩვეულებრივი ცირკონიის ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი (CLTE).
ცირკონიით გამაგრებულ ალუმინს აქვს მაღალი მექანიკური სიმტკიცე და თერმულად მდგრადია, ამიტომ არ კოროზირდება. ქვემოთ მოცემულია ZTA-ს ზოგიერთი თვისება:
ქონების ღირებულება
ქიმიური ფორმულა Zr-Al2O3
სიმჭიდროვე 4.1-4.38 გ/სმ^3
სიხისტე 1750-2100 ღილაკი
ელასტიურობა 45-49 x 10^6 psi
მოქნილობის სიძლიერე 100-145 ksi
პუასონის თანაფარდობა 0.26
მოტეხილობის სიმტკიცე 5-7 მპა m^1/2
თერმული გაფართოების კოეფიციენტი 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
თბოგამტარობა 20.0-21.0 W/mK
შოკის წინააღმდეგობა 325 °C
მაქსიმალური სამუშაო ტემპერატურა 1650 °C
ZrO2-Al2O3 კერამიკის გამოყენება
ცირკონიით გამაგრებული ალუმინა გამოიყენება სხვადასხვა აპლიკაციებში, როგორიცაა ისეთებში, რომლებიც საჭიროებენ მაღალ სიმტკიცეს და აცვიათ წინააღმდეგობას. მათ შორისაა სარქვლის ბეჭდები, sleeves, ტუმბოს დგუშები, შესხურების საქშენები და სხვა სამრეწველო ნაწილები.
ZTA-ს ბიოთავსებადობა
სხვადასხვა კვლევებში, ცნობილია, რომ ZTA არ იწვევს ქსოვილის არასასურველ რეაქციას იმპლანტაციის დროს, რაც მას კარგ კანდიდატად აქცევს ორთოპედიული დატვირთვის მატარებელი კომპონენტებისთვის.. გარდა ამისა, სიხისტე, ცირკონია-ალუმინის კერამიკის მიერ გამოვლენილი სიმტკიცე და სიმტკიცე ხდის მათ მორგებას ორთოპედიული მზიდი კომპონენტებისთვის.
ZTA ბარძაყის ართროპლასტიკაში
იყო მნიშვნელოვანი განხილვები კერამიკაზე, როგორიცაა ალუმინა, ცირკონია და ცირკონიით გამაგრებული ალუმინა (ZTA) როგორც შესაფერისი მასალა ბარძაყის ართროპლასტიკაში . ZTA-ს ეს უპირატესობები მიღწეული იქნა იტრიით სტაბილიზირებულ ცირკონიასთან დაკავშირებული მინუსების გარეშე, რომელიც ავლენს მაღალ მექანიკურ თვისებებს ან ალუმინის მაღალი ინერტულობით..
ZTA მუხლის ართროპლასტიკაში
ძირითადად, კერამიკული იმპლანტის დიზაინი მუხლის მთლიანი ართროპლასტიკისთვის (TKA) შემუშავებულია ალერგიული რეაქციების პრობლემის გადასაჭრელად, რომლებიც შეიძლება მოხდეს პაციენტებში, როდესაც თანამედროვე ტიტანის ან კობალტ-ქრომის შენადნობის კომპონენტები ათავისუფლებენ ცვეთა ნაწილაკებს.. ცირკონიამ გააძლიერა ალუმინა (ZTA) Matrix Composite არის უახლესი ბიომასალა ასეთი აპლიკაციებისთვის.
ZTA: პერსპექტიული მომავალი
ეს გულისხმობს უწყვეტ კვლევას და განვითარებას ZTA-ს ატრიბუტებისა და მისი პოტენციური გამოყენების გაუმჯობესების გზების შესახებ. კიდევ ერთი სერიით დამუშავებული ცირკონიით გამაგრებული ალუმინა შექმნილია მექანიკური თვისებებით მოქნილობის სიმტკიცის თვალსაზრისით, არსებითად ნაკლები, ვიდრე კომერციულად ხელმისაწვდომი Biolox® Delta-დან.. სხვა, როგორიცაა სილიციუმის ნიტრიდის კერამიკული კომპოზიტები, რომლებიც ახლახან შევიდა ბარძაყის ართროპლასტიკაში, ასევე ავლენს უფრო მეტ სიმტკიცეს, ვიდრე ალუმინის. მომავალი ნათელია ZTA-სთვის მრავალი აპლიკაციით და უმაღლესი თვისებებით.. ამიტომ, განვითარებადი ტექნოლოგიით, მოსალოდნელია, რომ ZTA იქნება ახალი კონცეფციების საფუძველი სხვადასხვა ფრონტზე, განსაკუთრებით ბიომედიცინაში.