Zirkoniumoxid an Aluminiumoxid zesummegefaasst ginn Zirconia Toughened Alumina (ZTA), en aussergewéinlecht Material a ville Applikatiounen. Mechanesch Eegeschaften, Kraaft, Fraktur Zähegkeet, Elastizitéit, Hardness a Verschleißbeständegkeet sinn héich appréciéiert an dësem Komposit Keramikmaterial dat zu der Klass vun AZ Kompositen gehéiert. ZTA ass déi léifste Wiel fir héich mechanesch Kraaft ginn, thermesch Resistenz an corrosion Resistenz.
Decodéiere vun der Zesummesetzung a Struktur
Ënnert anerem, Zirconia Toughened Alumina besteet aus Zirconia Kären, déi eenheetlech an enger Alumina Matrix verdeelt sinn. Normalerweis, dëst ëmfaasst 10-20% Volume vun ZrO2 an Alumina. Ofhängeg vun hire Proportiounen, Bestanddeelmëschunge bäidroe fir Keramik mat spezifesche Funktiounen ofhängeg vun enger bestëmmter Applikatioun.
Bausteng: Alumina an Zirconia
D'Haaptkomponenten déi gemëscht gi fir ZTA ze bilden sinn Aluminiumoxid an Zirkoniumoxid. Ausserdeem, orthopädesch Implantate hunn dëst Keramikmaterial benotzt bekannt als Aluminiumoxid (Al2O3) an der Geschicht wéinst senger gudder Biokompatibilitéit souwéi senger grousser mechanescher Kraaft a Frakturresistenz.
Eng aner aussergewéinlech Eegeschafte vun Zirkonium ass seng niddreg Korrosiounsraten souwéi gutt chemesch Stabilitéit an héich mechanesch Kraaft. Säi Young's Modul ass an der selwechter Uerdnung vun der Gréisst mat Edelstahllegierungen.
Wéi et gemaach gëtt
Fir ZTA ze produzéieren heescht d'Schafe vun tetragonal-Phase Zirkoniumkäre gläichméisseg iwwer eng Aluminiumoxidmatrix verdeelt. Eng Rëssspëtzsstress Konzentratioun kann eng tetragonal Kristallstruktur an eng monoklinesch änneren an doduerch zu enger assoziéierter Erhéijung vum Volume vun Zirkoniumoxid féieren.. Esou Volumen Expansioun dréit effektiv ëm oder stoppt de Wuesstum vu Rëss, déi zu méi Zähegkeet a Kraaft féiert.
Mechanesch Eegeschafte vun ZrO2-Al2O3 Keramik
Et gëtt eng breet Palette vu mechanesche Properties, déi vun ZTA ausgestallt ginn, inklusiv superior Hardness wéi konventionell Alumina mat ähnlechen Dichtwäerter, méi héich Flexiounsstäerkt wéi konventionell Aluminiumoxid a manner wéi konventionell Zirkonien Koeffizient vu linear thermesche Expansioune (CLTE).
Zirconia Toughened Alumina huet héich mechanesch Kraaft an ass thermesch resistent, dofir korrodéiert et net. Drënner sinn e puer vun den Eegeschafte vun ZTA:
Immobilie Wäert
Chemesch Formel Zr-Al2O3
Dicht 4.1-4.38 g/cm^3
Hardness 1750-2100 Knäppchen
Elastizitéit 45-49 x 10^6 psi
Flexure Kraaft 100-145 ksi
Poisson Verhältnis 0.26
Fraktur Zähegkeet 5-7 MPa m^1/2
Koeffizient vun thermesch Expansioun 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Thermesch Konduktivitéit 20.0-21.0 W/mK
Schock Resistenz 325 °C
Maximal Aarbechtstemperatur 1650 °C
Uwendungen vun ZrO2-Al2O3 Keramik
Zirconia Toughened Alumina gëtt a verschiddenen Uwendungen benotzt wéi déi, déi héich Kraaft a Verschleißbeständegkeet erfuerderen. Dozou gehéieren Ventildichtungen, Ärmelen, Pompel Piston, Spraydüsen an aner industriell Deeler.
Biokompatibilitéit vun ZTA
A verschiddene Studien, ZTA gouf gemellt keng negativ Tissue-Reaktioun bei der Implantatioun ze produzéieren, sou datt et e gudde Kandidat fir orthopädesch tragend Komponenten mécht. Zousätzlech, der hardness, Zähegkeet a Kraaft ausgestallt vun Zirkoniumoxid-Aluminiumoxid Keramik maachen se passend fir orthopädesch tragend Komponenten.
ZTA an Hip Arthroplasty
Et goufen bedeitend Iwwerleeungen iwwer Keramik wéi Aluminiumoxid, zirconia an zirconia gehärt Alumina (ZTA) als gëeegent Materialien an Hip Arthroplasty . Dës Virdeeler vun ZTA goufen erreecht ouni d'Nodeeler ze integréieren verbonne mat yttria-stabiliséierter Zirkoniumoxid, déi héich mechanesch Eegeschaften oder Aluminiumoxid mat senger héijer Inertheet weist..
ZTA an der Kniearthroplastik
Meeschtens, Keramik Implantat Designs fir total Kniearthroplastik (TKA) goufen entwéckelt fir d'Thema vun allergesche Reaktiounen ze handhaben, déi bei Patienten optriede kënnen, wann modern Titan- oder Kobalt-Chromlegierungskomponenten Verschleispartikelen entloossen. Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Matrix Composite ass e modernt Biomaterial fir sou Uwendungen.
ZTA: Déi verspriechend Zukunft
Dëst beinhalt kontinuéierlech Fuerschung souwéi Entwécklung iwwer Weeër fir d'ZTA Attributer a seng potenziell Benotzung ze verbesseren. Eng aner batch-veraarbechte Zirconia Toughened Alumina gouf mat mechanesche Eegeschaften a punkto flexural Kraaft wesentlech manner entwéckelt wéi déi vu kommerziell verfügbare Biolox® Delta. Eng aner, wéi Siliziumnitrid Keramikkompositen, déi viru kuerzem an Hip Arthroplastik agefouert goufen, weisen och méi héich Kraaft wéi Aluminiumoxid.. Dofir, mat evoluéierend Technologie, et gëtt erwaart datt ZTA d'Basis fir nei Konzepter op verschiddene Fronte wäert sinn, besonnesch an der Biomedizin.