Cirkonija oksīds un alumīnija oksīds kopā iegūst cirkonija oksīda rūdīto alumīnija oksīdu (ZTA), izcils materiāls daudzos lietojumos. Mehāniskās īpašības, spēks, lūzuma stingrība, elastība, Cietība un nodilumizturība tiek augstu novērtēta šajā kompozītmateriāla keramikas materiālā, kas pieder AZ kompozītu klasei. ZTA ir kļuvusi par vēlamo izvēli lielai mehāniskajai izturībai, termiskā pretestība un izturība pret koroziju.
Sastāva un struktūras dekodēšana
Cita starpā, Cirkonija rūdīts alumīnija oksīds sastāv no cirkonija oksīda graudiņiem, kas vienmērīgi izkliedēti alumīnija oksīda matricā. Parasti, tas ietver 10-20% ZrO2 tilpums alumīnija oksīdā. Atkarībā no to proporcijām, sastāvdaļu maisījumi veicina keramiku ar īpašām īpašībām atkarībā no konkrēta pielietojuma.
Celtniecības bloki: Alumīnija oksīds un cirkonijs
Galvenās sastāvdaļas, kas tiek sajauktas, veidojot ZTA, ir alumīnija oksīds un cirkonija oksīds. Turklāt, ortopēdiskajos implantos ir izmantots šis keramikas materiāls, kas pazīstams kā alumīnija oksīds (Al2O3) vēsturē, pateicoties tā labajai bioloģiskajai saderībai, kā arī lieliskajai mehāniskajai izturībai un izturībai pret lūzumiem.
Vēl viena izcila cirkonija īpašība ir tā zemais korozijas līmenis, kā arī laba ķīmiskā stabilitāte un augsta mehāniskā izturība. Tā Younga modulis ir tādā pašā secībā ar nerūsējošā tērauda sakausējumiem.
Kā tas tiek izgatavots
ZTA ražošana nozīmē tetragonālās fāzes cirkonija graudu veidošanu, kas vienmērīgi sadalīti visā alumīnija oksīda matricā. Plaisu gala sprieguma koncentrācija var pārveidot tetragonālo kristāla struktūru monoklīniskā, tādējādi izraisot saistītu cirkonija tilpuma palielināšanos. Šāda tilpuma palielināšanās efektīvi apvērš vai aptur plaisu augšanu, kas nodrošina lielāku stingrību un izturību.
ZrO2-Al2O3 keramikas mehāniskās īpašības
ZTA piemīt plašs mehānisko īpašību klāsts, tostarp augstāka cietība nekā parastajiem alumīnija oksīdiem ar līdzīgām blīvuma vērtībām, lielāka lieces izturība nekā parastajiem alumīnija oksīdiem un zemāks nekā parastajiem cirkonija lineārās termiskās izplešanās koeficients (CLTE).
Cirkonija rūdītajam alumīnija oksīdam ir augsta mehāniskā izturība un termiski izturīgs, tāpēc tas nerūsē. Zemāk ir daži no ZTA īpašumiem:
Īpašuma vērtība
Ķīmiskā formula Zr-Al2O3
Blīvums 4.1-4.38 g/cm^3
Cietība 1750-2100 Poga
Elastība 45-49 x 10^6 psi
Elastības spēks 100-145 ksi
Puasona koeficients 0.26
Stingrība lūzumam 5-7 MPa m^1/2
Termiskās izplešanās koeficients 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Siltumvadītspēja 20.0-21.0 W/mK
Triecienizturība 325 °C
Maksimālā darba temperatūra 1650 °C
ZrO2-Al2O3 keramikas pielietojumi
Cirkonija rūdīts alumīnija oksīds tiek izmantots dažādos lietojumos, piemēram, tiem, kam nepieciešama augsta izturība un nodilumizturība. Tie ietver vārstu blīves, piedurknes, sūkņa virzuļi, smidzināšanas sprauslas un citas rūpnieciskās daļas.
ZTA bioloģiskā saderība
Dažādos pētījumos, Ir ziņots, ka ZTA pēc implantācijas neizraisa nevēlamu audu reakciju, tādējādi padarot to par labu ortopēdisko slodzi nesošo komponentu kandidātu. Turklāt, cietība, cirkonija-alumīnija oksīda keramikas stingrība un izturība padara tos piemērotus ortopēdiskām nesošajām sastāvdaļām.
ZTA gūžas artroplastijā
Ir notikušas ievērojamas apspriedes par keramiku, piemēram, alumīnija oksīdu, cirkonija oksīds un cirkonija rūdīts alumīnija oksīds (ZTA) kā piemērotus materiālus gūžas locītavas endoprotezēšanai . Šīs ZTA priekšrocības tika sasniegtas, neņemot vērā trūkumus, kas saistīti ar itrija stabilizētu cirkoniju, kam piemīt augstas mehāniskās īpašības vai alumīnija oksīdu ar tā augsto inerci..
ZTA ceļa locītavas endoprotezēšanas operācijā
Lielākoties, keramikas implantu konstrukcijas pilnīgai ceļa locītavas endoprotezēšanai (TKA) ir izstrādāti, lai risinātu jautājumu par alerģiskām reakcijām, kas var rasties pacientiem, kad mūsdienu titāna vai kobalta-hroma sakausējuma komponenti izdala nodiluma daļiņas. Cirkonija rūdīts alumīnija oksīds (ZTA) Matrix Composite ir vismodernākais biomateriāls šādiem lietojumiem.
ZTA: Daudzsološā nākotne
Tas ietver nepārtrauktu izpēti, kā arī izstrādi par veidiem, kā uzlabot ZTA īpašības un tās iespējamos lietojumus. Cits sērijveidā apstrādāts cirkonija rūdīts alumīnija oksīds ir izstrādāts ar mehāniskajām īpašībām lieces stiprības ziņā, kas ir ievērojami mazākas nekā komerciāli pieejamā Biolox® Delta.. Cits, piemēram, silīcija nitrīda keramikas kompozītmateriāli, kas nesen ieviesti gūžas endoprotezēšanas procesā, arī uzrāda lielāku izturību nekā alumīnija oksīds. ZTA nākotne ir gaiša ar daudziem pielietojumiem un izcilām īpašībām. Tāpēc, ar tehnoloģiju attīstību, paredzams, ka ZTA būs pamats jaunām koncepcijām dažādās frontēs, īpaši biomedicīnā.