Óxido de zircônio e óxido de alumínio juntos produzem alumina temperada com zircônia (ZTA), um material excepcional em muitas aplicações. Propriedades mecânicas, força, tenacidade à fratura, elasticidade, dureza e resistência ao desgaste são altamente apreciadas neste material cerâmico compósito que pertence à classe dos compósitos AZ. ZTA tornou-se a escolha preferida para alta resistência mecânica, resistência térmica e resistência à corrosão.
Decodificando a composição e estrutura
Entre outras coisas, A alumina temperada com zircônia consiste em grãos de zircônia dispersos uniformemente dentro de uma matriz de alumina. Normalmente, isso inclui 10-20% volume de ZrO2 em alumina. Dependendo de suas proporções, misturas constituintes contribuem para cerâmicas com características específicas dependendo de uma aplicação específica.
Blocos de construção: Alumina e Zircônia
Os principais componentes que são misturados para formar ZTA são alumina e zircônia. Além disso, implantes ortopédicos têm utilizado este material cerâmico conhecido como Óxido de Alumínio (Al2O3) na história devido à sua boa biocompatibilidade, bem como à sua grande resistência mecânica e resistência à fratura.
Outra propriedade notável da zircônia são suas baixas taxas de corrosão, bem como boa estabilidade química e alta resistência mecânica.. Seu módulo de Young está na mesma ordem de grandeza das ligas de aço inoxidável.
Como é feito
Produzir ZTA significa criar grãos de zircônia de fase tetragonal distribuídos uniformemente por uma matriz de alumina. Uma concentração de tensão na ponta da trinca pode alterar uma estrutura cristalina tetragonal em uma estrutura monoclínica, levando assim a um aumento associado no volume de zircônia. Essa expansão de volume reverte ou interrompe efetivamente o crescimento de fissuras, levando a maior tenacidade e resistência.
Propriedades Mecânicas da Cerâmica ZrO2-Al2O3
Há uma ampla gama de propriedades mecânicas exibidas pela ZTA, incluindo dureza superior às aluminas convencionais com valores de densidade semelhantes., maior resistência à flexão do que as aluminas convencionais e menor que o coeficiente de expansões térmicas lineares das zircônias convencionais (CLTE).
A alumina temperada com zircônia possui alta resistência mecânica e é termicamente resistente, portanto, não corrói. Abaixo estão algumas das propriedades da ZTA:
Valor da propriedade
Fórmula Química Zr-Al2O3
Densidade 4.1-4.38 g/cm^3
Dureza 1750-2100 Botão
Elasticidade 45-49 x 10 ^ 6 psi
Força de flexão 100-145 ksi
Razão de Poisson 0.26
Resistência à fratura 5-7 MPa·m^1/2
Coeficiente de Expansão Térmica 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Condutividade Térmica 20.0-21.0 C/mK
Resistência ao choque 325 °C
Temperatura Máxima de Trabalho 1650 °C
Aplicações da Cerâmica ZrO2-Al2O3
A alumina temperada com zircônia é usada em diversas aplicações, como aquelas que exigem alta resistência e resistência ao desgaste. Isso inclui vedações de válvula, mangas, pistões de bomba, bicos de pulverização e outras peças industriais.
Biocompatibilidade do ZTA
Em vários estudos, Foi relatado que o ZTA não produz nenhuma reação adversa no tecido após a implantação, tornando-o um bom candidato para componentes ortopédicos de suporte de carga. Além disso, a dureza, a tenacidade e a resistência exibidas pelas cerâmicas de zircônia-alumina as tornam adequadas para componentes ortopédicos de suporte de carga.
ZTA na artroplastia de quadril
Houve deliberações consideráveis sobre cerâmicas como a alumina, zircônia e alumina temperada com zircônia (ZTA) como materiais adequados em artroplastia de quadril . Essas vantagens do ZTA foram alcançadas sem a necessidade de incorporar as desvantagens associadas à zircônia estabilizada com ítria, que exibe altas propriedades mecânicas, ou à alumina, com sua alta inércia..
ZTA em artroplastia de joelho
Majoritariamente, Projetos de implantes cerâmicos para artroplastia total do joelho (ATJ) foram desenvolvidos para lidar com o problema de reações alérgicas que podem ocorrer em pacientes quando componentes modernos de liga de titânio ou cobalto-cromo liberam partículas de desgaste. A alumina temperada com zircônia (ZTA) Matrix Composite é um biomaterial de última geração para tais aplicações.
ZTA: O futuro promissor
Isto envolve pesquisa contínua, bem como desenvolvimento de formas de melhorar os atributos da ZTA e seus usos potenciais.. Outra alumina temperada com zircônia processada em lote foi projetada com propriedades mecânicas em termos de resistência à flexão substancialmente inferiores às do Biolox® Delta disponível comercialmente.. Outro, como os compósitos cerâmicos de nitreto de silício introduzidos recentemente na artroplastia de quadril também apresentam maior resistência do que a alumina. O futuro é brilhante para o ZTA com muitas aplicações e propriedades superiores. Portanto, com tecnologia em evolução, espera-se que o ZTA seja a base para novos conceitos em diversas frentes especialmente na biomedicina.