Zirkoniumoxide en aluminiumoxide samen leveren zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide op (ZTA), een uitzonderlijk materiaal in vele toepassingen. Mechanische eigenschappen, kracht, breuktaaiheid, elasticiteit, hardheid en slijtvastheid worden zeer gewaardeerd in dit keramische composietmateriaal dat tot de klasse van AZ-composieten behoort. ZTA is de voorkeurskeuze geworden vanwege de hoge mechanische sterkte, thermische weerstand en corrosieweerstand.
Het decoderen van de compositie en structuur
Onder andere, Zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide bestaat uit zirkoniumoxidekorrels die gelijkmatig zijn verspreid in een aluminiumoxidematrix. Normaal gesproken, dit omvat 10-20% volume ZrO2 in aluminiumoxide. Afhankelijk van hun verhoudingen, samenstellingsmengsels dragen bij aan keramiek met specifieke kenmerken, afhankelijk van een bepaalde toepassing.
Bouwstenen: Aluminiumoxide en zirkonia
De belangrijkste componenten die worden gemengd om ZTA te vormen zijn aluminiumoxide en zirkoniumoxide. Bovendien, Orthopedische implantaten maken gebruik van dit keramische materiaal dat bekend staat als aluminiumoxide (Al2O3) in de geschiedenis vanwege de goede biocompatibiliteit en de grote mechanische sterkte en breukweerstand.
Een andere opmerkelijke eigenschap van zirkoniumoxide is de lage corrosiegraad, de goede chemische stabiliteit en de hoge mechanische sterkte. De Young-modulus ligt in dezelfde orde van grootte als die van roestvrij staallegeringen.
Hoe het wordt gemaakt
ZTA produceren betekent het creëren van zirkoniumoxidekorrels met tetragonale fase die gelijkmatig verdeeld zijn over een aluminiumoxidematrix. Een spanningsconcentratie in de scheurtip kan een tetragonale kristalstructuur veranderen in een monokliene structuur, wat leidt tot een bijbehorende toename van het zirkoniumvolume.. Een dergelijke volume-expansie keert effectief de groei van scheuren om of stopt deze, wat leidt tot grotere taaiheid en sterkte.
Mechanische eigenschappen van ZrO2-Al2O3-keramiek
Er is een breed scala aan mechanische eigenschappen die ZTA vertoont, waaronder een superieure hardheid dan conventionele aluminiumoxide met vergelijkbare dichtheidswaarden, hogere buigsterkte dan conventionele aluminiumoxide en lager dan conventionele zirkoniumoxide-coëfficiënt van lineaire thermische uitzetting (CLTE).
Gehard aluminiumoxide met zirkoniumoxide heeft een hoge mechanische sterkte en is thermisch bestendig, waardoor het niet corrodeert. Hieronder vindt u enkele eigendommen van ZTA:
Eigendomswaarde
Chemische formule Zr-Al2O3
Dikte 4.1-4.38 g/cm^3
Hardheid 1750-2100 Knoop
Elasticiteit 45-49 x 10^6 psi
Buigsterkte 100-145 ksi
Poisson-ratio 0.26
Breuktaaiheid 5-7 MPa m^1/2
Coëfficiënt van thermische uitzetting 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Thermische geleidbaarheid 20.0-21.0 W/mK
Schokbestendigheid 325 °C
Maximale werktemperatuur 1650 °C
Toepassingen van ZrO2-Al2O3-keramiek
Zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide wordt gebruikt in verschillende toepassingen, zoals toepassingen die hoge sterkte en slijtvastheid vereisen. Deze omvatten klepafdichtingen, mouwen, pomp zuigers, spuitmonden en andere industriële onderdelen.
Biocompatibiliteit van ZTA
In verschillende onderzoeken, Er is gerapporteerd dat ZTA bij implantatie geen nadelige weefselreactie veroorzaakt, waardoor het een goede kandidaat is voor orthopedische dragende componenten. In aanvulling, de hardheid, de taaiheid en sterkte van zirkoniumoxide-aluminiumoxide-keramiek maakt ze geschikt voor orthopedische dragende componenten.
ZTA in heupartroplastiek
Er zijn veel discussies geweest over keramiek zoals aluminiumoxide, zirkoniumoxide en zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide (ZTA) als geschikte materialen bij heupartroplastiek . Deze voordelen van ZTA werden bereikt zonder rekening te hoeven houden met de nadelen die gepaard gaan met yttriumoxide-gestabiliseerd zirkoniumoxide dat hoge mechanische eigenschappen vertoont, of aluminiumoxide met zijn hoge inertie..
ZTA in knieartroplastiek
Grotendeels, keramische implantaatontwerpen voor totale knieartroplastiek (TKA) zijn ontwikkeld om het probleem aan te pakken van allergische reacties die kunnen optreden bij patiënten wanneer moderne componenten van titanium- of kobalt-chroomlegeringen slijtagedeeltjes vrijgeven. Het zirkoniumoxide gehard aluminiumoxide (ZTA) Matrix Composite is een baanbrekend biomateriaal voor dergelijke toepassingen.
ZTA: De veelbelovende toekomst
Dit omvat voortdurend onderzoek en ontwikkeling naar manieren om de eigenschappen van ZTA en de mogelijke toepassingen ervan te verbeteren. Een ander batchverwerkt Zirconia Toughened Alumina is ontworpen met mechanische eigenschappen in termen van buigsterkte die aanzienlijk lager zijn dan die van de in de handel verkrijgbare Biolox® Delta. Een andere, zoals siliciumnitride-keramische composieten die onlangs in heupartroplastiek zijn geïntroduceerd, vertonen ook een hogere sterkte dan aluminiumoxide. De toekomst ziet er rooskleurig uit voor ZTA met veel toepassingen en superieure eigenschappen. Daarom, met evoluerende technologie, Verwacht wordt dat ZTA de basis zal vormen voor nieuwe concepten op verschillende fronten, vooral op het gebied van de biogeneeskunde.