Zirkonium oksida dan aluminium oksida disatukan menghasilkan Zirkonia Toughened Alumina (ZTA), bahan yang luar biasa dalam banyak aplikasi. Sifat mekanikal, kekuatan, keliatan patah tulang, keanjalan, kekerasan dan rintangan haus sangat dihargai dalam bahan seramik komposit ini yang tergolong dalam kelas komposit AZ. ZTA telah menjadi pilihan pilihan untuk kekuatan mekanikal yang tinggi, rintangan haba dan rintangan kakisan.
Menyahkodkan Komposisi dan Struktur
Antaranya, Zirkonia Toughened Alumina terdiri daripada butiran zirkonia yang tersebar secara seragam dalam matriks alumina. Biasalah, ini termasuk 10-20% isipadu ZrO2 dalam alumina. Bergantung kepada perkadaran mereka, campuran juzuk menyumbang kepada seramik dengan ciri khusus bergantung pada aplikasi tertentu.
Blok Bangunan: Alumina dan Zirkonia
Komponen utama yang dicampur untuk membentuk ZTA ialah alumina dan zirkonia. Lebih-lebih lagi, implan ortopedik telah menggunakan bahan seramik yang dikenali sebagai Aluminium Oksida (Al2O3) dalam sejarah kerana biokompatibiliti yang baik serta kekuatan mekanikal yang hebat dan rintangan patah.
Satu lagi sifat cemerlang zirkonia ialah kadar kakisannya yang rendah serta kestabilan kimia yang baik dan kekuatan mekanikal yang tinggi. Modulus Youngnya adalah dalam susunan magnitud yang sama dengan aloi keluli tahan karat.
Bagaimana Ia Dibuat
Untuk menghasilkan ZTA bermakna menghasilkan butiran zirkonia fasa tetragon yang diedarkan secara seragam di seluruh matriks alumina. Kepekatan tegasan hujung retak boleh mengubah struktur kristal tetragonal kepada struktur monoklinik dengan itu membawa kepada peningkatan yang berkaitan dalam isipadu zirkonia. Pengembangan volum sedemikian berkesan membalikkan atau menghentikan pertumbuhan retak yang membawa kepada keliatan dan kekuatan yang lebih besar.
Sifat Mekanikal Seramik ZrO2-Al2O3
Terdapat pelbagai jenis sifat mekanikal yang ditunjukkan oleh ZTA termasuk kekerasan unggul daripada alumina konvensional dengan nilai ketumpatan yang sama, kekuatan lentur yang lebih tinggi daripada alumina konvensional dan lebih rendah daripada pekali zirkonia konvensional pengembangan haba linear (CLTE).
Zirkonia Toughened Alumina mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi dan tahan haba justeru ia tidak menghakis. Di bawah ialah beberapa sifat ZTA:
Nilai Harta
Formula Kimia Zr-Al2O3
Ketumpatan 4.1-4.38 g/cm^3
Kekerasan 1750-2100 Butang
Keanjalan 45-49 x 10^6 psi
Kekuatan Lentur 100-145 ksi
Nisbah Poisson 0.26
Keliatan Patah 5-7 MPa m^1/2
Pekali Pengembangan Terma 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Kekonduksian Terma 20.0-21.0 W/mK
Rintangan Kejutan 325 °C
Suhu Kerja Maksimum 1650 °C
Aplikasi Seramik ZrO2-Al2O3
Zirkonia Toughened Alumina digunakan dalam pelbagai aplikasi seperti yang memerlukan kekuatan tinggi dan rintangan haus. Ini termasuk pengedap injap, lengan baju, omboh pam, muncung penyembur dan bahagian industri lain.
Biokeserasian ZTA
Dalam pelbagai kajian, ZTA telah dilaporkan tidak menghasilkan tindak balas tisu yang merugikan semasa implantasi dan menjadikannya calon yang baik untuk komponen galas beban ortopedik. Selain itu, kekerasan, keliatan dan kekuatan yang dipamerkan oleh seramik zirkonia-alumina menjadikannya sesuai untuk komponen galas beban ortopedik.
ZTA dalam Arthroplasti Pinggul
Terdapat banyak perbincangan mengenai seramik seperti alumina, zirkonia dan alumina yang dikeraskan zirkonia (ZTA) sebagai bahan yang sesuai dalam artroplasti pinggul . Kelebihan ZTA ini dicapai tanpa perlu memasukkan keburukan yang berkaitan dengan zirkonia penstabilan yttria yang mempamerkan sifat mekanikal atau alumina yang tinggi dengan lengainya yang tinggi.
ZTA dalam Arthroplasti Lutut
Kebanyakannya, reka bentuk implan seramik untuk total arthroplasty lutut (TKA) telah dibangunkan untuk menangani isu tindak balas alahan yang mungkin berlaku pada pesakit apabila komponen aloi titanium atau kobalt-kromium moden melepaskan zarah haus.. Alumina Teguh Zirkonia (ZTA) Matrix Composite ialah biomaterial canggih untuk aplikasi sedemikian.
ZTA: Masa Depan Yang Menjanjikan
Ini melibatkan penyelidikan berterusan serta pembangunan tentang cara meningkatkan sifat ZTA dan potensi kegunaannya. Satu lagi Alumina Teguh Zirkonia yang diproses secara kelompok telah direka bentuk dengan sifat mekanikal dari segi kekuatan lentur yang jauh lebih rendah daripada yang ada dari Biolox® Delta yang tersedia secara komersial. Satu lagi, seperti komposit seramik silikon nitrida yang diperkenalkan baru-baru ini ke dalam artroplasti pinggul juga mempamerkan kekuatan yang lebih tinggi daripada alumina. Masa depan cerah untuk ZTA dengan banyak aplikasi dan sifat unggul. Oleh itu, dengan teknologi yang semakin berkembang, ZTA dijangka akan menjadi asas kepada konsep baharu dalam pelbagai bidang terutamanya bioperubatan.