Цирконий оксиді мен алюминий оксиді бірге цирконий қатайтылған алюминий тотығын береді (ZTA), көптеген қолданбаларда ерекше материал. Механикалық қасиеттері, күш, сыну беріктігі, серпімділік, қаттылық пен тозуға төзімділік AZ композиттерінің класына жататын бұл композиттік керамикалық материалда жоғары бағаланады.. ZTA жоғары механикалық беріктігі үшін таңдаулы таңдау болды, термиялық төзімділік және коррозияға төзімділік.
Құрам мен құрылымды декодтау
Басқа нәрселермен қатар, Циркония қатайтылған алюминий тотығы алюминий тотығы матрицасында біркелкі дисперсті цирконий дәндерінен тұрады.. Әдетте, бұған кіреді 10-20% глиноземдегі ZrO2 көлемі. Олардың пропорцияларына байланысты, құрамдас қоспалар белгілі бір қолданбаға байланысты ерекше қасиеттері бар керамикаға үлес қосады.
Құрылыс блоктары: Алюминий тотығы және цирконий
ZTA түзу үшін араласатын негізгі компоненттер алюминий тотығы мен цирконий болып табылады. Оның үстіне, ортопедиялық имплантанттар алюминий оксиді деп аталатын осы керамикалық материалды пайдаланады (Al2O3) тарихта оның жақсы биоүйлесімділігі, сондай-ақ үлкен механикалық беріктігі мен сынуға төзімділігі арқасында.
Цирконияның тағы бір көрнекті қасиеті оның коррозияға ұшырау жылдамдығының төмендігі, сондай-ақ жақсы химиялық тұрақтылық пен жоғары механикалық беріктігі болып табылады.. Оның Янг модулі тот баспайтын болаттан жасалған қорытпалармен бірдей дәрежеде.
Ол қалай жасалған
ZTA өндіру алюминий тотығы матрицасында біркелкі таралған тетрагональды-фазалы цирконий дәндерін жасауды білдіреді.. Жарықша ұшындағы кернеу концентрациясы тетрагональды кристалдық құрылымды моноклиникалық құрылымға өзгерте алады, осылайша цирконий көлемінің байланысты ұлғаюына әкеледі.. Мұндай көлемнің кеңеюі қаттылық пен беріктікке әкелетін жарықшақтардың өсуін тиімді түрде қайтарады немесе тоқтатады.
ZrO2-Al2O3 керамикасының механикалық қасиеттері
ZTA көрсеткен механикалық қасиеттердің кең ауқымы бар, оның ішінде тығыздық мәндері ұқсас кәдімгі алюминий тотығымен салыстырғанда жоғары қаттылық бар., кәдімгі глиноземнен жоғары иілу беріктігі және әдеттегі цирконийден төмен сызықтық термиялық кеңею коэффициенті (CLTE).
Циркония қатайтылған алюминий тотығы жоғары механикалық беріктікке ие және термиялық төзімді, сондықтан ол коррозияға ұшырамайды.. Төменде ZTA-ның кейбір қасиеттері берілген:
Меншік құны
Химиялық формула Zr-Al2O3
Тығыздығы 4.1-4.38 г/см^3
Қаттылық 1750-2100 Түйме
Серпімділік 45-49 x 10^6 psi
Иілу күші 100-145 ksi
Пуассон қатынасы 0.26
Сыну беріктігі 5-7 МПа м^1/2
Жылулық кеңею коэффициенті 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Жылу өткізгіштік 20.0-21.0 Вт/мК
Соққыға төзімділік 325 °C
Максималды жұмыс температурасы 1650 °C
ZrO2-Al2O3 керамикасының қолданылуы
Циркония қатайтылған алюминий тотығы жоғары беріктік пен тозуға төзімділікті қажет ететін әртүрлі қолданбаларда қолданылады. Оларға клапанның тығыздағыштары жатады, жеңдер, сорғы поршеньдері, бүрку саптамалары және басқа да өндірістік бөлшектер.
ZTA биоүйлесімділігі
Әртүрлі зерттеулерде, ZTA имплантациядан кейін тіндердің теріс реакциясын тудырмайтыны хабарланды, осылайша оны ортопедиялық жүк көтергіш компоненттер үшін жақсы үміткер етеді.. Сонымен қатар, қаттылық, Циркония-глиноземикалық керамиканың беріктігі мен беріктігі оларды ортопедиялық жүк көтергіш компоненттерге жарамды етеді..
Жамбас артропластикасындағы ZTA
Алюминий оксиді сияқты керамикаға қатысты айтарлықтай пікірталастар болды, цирконий және цирконий қатайтылған алюминий тотығы (ZTA) жамбас артропластикасында қолайлы материалдар ретінде . ZTA-ның бұл артықшылықтарына жоғары механикалық қасиеттерді немесе жоғары инерттілігі бар алюминий тотығын көрсететін иттрий-тұрақтандырылған циркониямен байланысты кемшіліктерді қоспай-ақ қол жеткізілді..
Тізе буынының артропластикасындағы ZTA
Көбінесе, жалпы тізе артропластикасына арналған керамикалық имплант конструкциялары (ТКА) Заманауи титан немесе кобальт-хром қорытпасының компоненттері тозу бөлшектерін бөлген кезде пациенттерде туындауы мүмкін аллергиялық реакциялар мәселесін шешу үшін әзірленген.. Циркония қатайтылған алюминий тотығы (ZTA) Matrix Composite - мұндай қолданбаларға арналған озық биоматериал.
ZTA: Болашақ
Бұл үздіксіз зерттеулерді, сондай-ақ ZTA атрибуттарын және оның әлеуетті пайдалануын жақсарту жолдарын әзірлеуді қамтиды. Топтамамен өңделген тағы бір қатайтылған глинозем Циркония иілу беріктігі бойынша коммерциялық қол жетімді Biolox® Delta өнімдерінен айтарлықтай төмен механикалық қасиеттерімен жасалған.. Басқа, жамбас артропластикасына жақында енгізілген кремний нитриді керамикалық композиттер де алюминий тотығына қарағанда жоғары беріктікке ие. Көптеген қолданбалары мен жоғары қасиеттері бар ZTA үшін болашақ жарқын.. Сондықтан, дамып келе жатқан технологиямен, ZTA әртүрлі салалардағы, әсіресе биомедицинадағы жаңа тұжырымдамаларға негіз болады деп күтілуде.