Oxidul de zirconiu și oxidul de aluminiu împreună produc alumină întărită cu zirconiu (ZTA), un material excepțional în multe aplicații. Proprietăți mecanice, rezistenţă, tenacitatea la fractură, elasticitate, duritatea și rezistența la uzură sunt foarte apreciate în acest material ceramic compozit care aparține clasei compozitelor AZ. ZTA a devenit alegerea preferată pentru rezistență mecanică ridicată, rezistență termică și rezistență la coroziune.
Decodificarea compoziției și structurii
Printre altele, Zirconia Toughened Alumina constă din granule de zirconiu dispersate uniform într-o matrice de alumină. În mod normal, aceasta include 10-20% volumul de ZrO2 în alumină. În funcție de proporțiile lor, amestecurile constituente contribuie la ceramica cu caracteristici specifice în funcție de o anumită aplicație.
Blocuri de construcție: Alumină și zirconiu
Principalele componente care sunt amestecate pentru a forma ZTA sunt alumina și zirconia. În plus, implanturile ortopedice au folosit acest material ceramic cunoscut sub numele de oxid de aluminiu (Al2O3) în istorie datorită biocompatibilității sale bune precum și a rezistenței sale mecanice mari și a rezistenței la rupere.
O altă proprietate remarcabilă a zirconiei este ratele scăzute de coroziune, precum și stabilitatea chimică bună și rezistența mecanică ridicată.. Modulul său Young este de același ordin de mărime cu aliajele din oțel inoxidabil.
Cum se face
A produce ZTA înseamnă a crea granule de zirconiu cu fază tetragonală distribuite uniform pe o matrice de alumină. O concentrație a tensiunii la vârful fisurii poate modifica o structură cristalină tetragonală într-una monoclinică, ducând astfel la o creștere asociată a volumului de zirconiu. O astfel de expansiune a volumului inversează sau oprește efectiv creșterea fisurii, ceea ce duce la o duritate și rezistență mai mari.
Proprietățile mecanice ale ceramicii ZrO2-Al2O3
Există o gamă largă de proprietăți mecanice prezentate de ZTA, inclusiv duritate superioară decât alumina convențională cu valori similare de densitate, rezistență la încovoiere mai mare decât alumina convențională și coeficient de dilatare termică liniară mai scăzut decât zirconiile convenționale (CLTE).
Zirconia Toughened Alumina are o rezistență mecanică ridicată și este rezistentă termic, prin urmare nu se corodează. Mai jos sunt câteva dintre proprietățile ZTA:
Valoarea proprietății
Formula chimică Zr-Al2O3
Densitate 4.1-4.38 g/cm^3
Duritate 1750-2100 Buton
Elasticitate 45-49 x 10^6 psi
Rezistența la încovoiere 100-145 ksi
Raportul lui Poisson 0.26
Duritatea la fractură 5-7 MPa m^1/2
Coeficientul de dilatare termică 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Conductivitate termică 20.0-21.0 W/mK
Rezistenta la socuri 325 °C
Temperatura maximă de lucru 1650 °C
Aplicații ale ceramicii ZrO2-Al2O3
Zirconia Toughened Alumina este utilizată în diverse aplicații, cum ar fi cele care necesită rezistență ridicată și rezistență la uzură. Acestea includ etanșările supapelor, mâneci, pistoanele pompei, duze de pulverizare și alte piese industriale.
Biocompatibilitatea ZTA
În diverse studii, S-a raportat că ZTA nu produce nicio reacție adversă a țesuturilor la implantare, făcându-l astfel un bun candidat pentru componentele portante ortopedice.. în plus, duritatea, tenacitatea și rezistența prezentate de ceramica din zirconiu-alumină le fac potrivite pentru componentele portante ortopedice.
ZTA în artroplastia de șold
Au existat deliberări considerabile asupra ceramicii precum alumina, zirconiu și alumină întărită cu zirconiu (ZTA) ca materiale adecvate în artroplastia de șold . Aceste avantaje ale ZTA au fost obținute fără a fi nevoie să încorporeze dezavantajele asociate cu zirconia stabilizată cu ytriu care prezintă proprietăți mecanice ridicate sau cu alumina cu inerția sa ridicată..
ZTA în artroplastia genunchiului
În cea mai mare parte, modele de implanturi ceramice pentru artroplastia totală a genunchiului (TKA) au fost dezvoltate pentru a gestiona problema reacțiilor alergice care pot apărea la pacienții când componentele moderne din titan sau aliaj de cobalt-crom eliberează particule de uzură. Alumină întărită cu zirconiu (ZTA) Matrix Composite este un biomaterial de vârf pentru astfel de aplicații.
ZTA: Viitorul promițător
Aceasta implică cercetare continuă, precum și dezvoltarea modalităților de îmbunătățire a atributelor ZTA și a utilizărilor sale potențiale.. O altă alumină întărită cu zirconiu, procesată în loturi, a fost proiectată cu proprietăți mecanice în ceea ce privește rezistența la încovoiere substanțial mai mici decât cele de la Biolox® Delta disponibil comercial.. Altul, precum compozitele ceramice cu nitrură de siliciu introduse recent în artroplastia de șold prezintă, de asemenea, o rezistență mai mare decât alumina. Viitorul este luminos pentru ZTA cu multe aplicații și proprietăți superioare. Prin urmare, cu tehnologie în evoluție, este de așteptat ca ZTA să stea la baza unor noi concepte pe diverse fronturi, în special pe biomedicină.