Cirkonijev oksid in aluminijev oksid skupaj dajeta cirkonijev kaljeni aluminijev oksid (ZTA), izjemen material v številnih aplikacijah. Mehanske lastnosti, moč, lomna žilavost, elastičnost, trdota in odpornost proti obrabi sta zelo cenjeni pri tem kompozitnem keramičnem materialu, ki spada v razred AZ kompozitov. ZTA je postal prednostna izbira za visoko mehansko trdnost, toplotna odpornost in odpornost proti koroziji.
Dekodiranje sestave in strukture
Med drugim, Cirkonijeva kaljena glinica je sestavljena iz zrn cirkonijevega oksida, enakomerno razpršenih v matrici aluminijevega oksida. običajno, to vključuje 10-20% prostornina ZrO2 v aluminijevem oksidu. Odvisno od njihovih razmerij, mešanice sestavin prispevajo k keramiki s posebnimi lastnostmi glede na posamezno uporabo.
Gradniki: Aluminijev oksid in cirkonijev oksid
Glavni sestavini, ki se zmešata, da tvorita ZTA, sta aluminijev oksid in cirkonijev oksid. Poleg tega, ortopedski vsadki uporabljajo ta keramični material, znan kot aluminijev oksid (Al2O3) v zgodovini zaradi svoje dobre biokompatibilnosti ter velike mehanske trdnosti in odpornosti proti zlomu.
Druga izjemna lastnost cirkonijevega dioksida je njegova nizka stopnja korozije ter dobra kemična stabilnost in visoka mehanska trdnost.. Njegov Youngov modul je v enakem vrstnem redu kot zlitine iz nerjavnega jekla.
Kako je narejeno
Izdelava ZTA pomeni ustvarjanje zrn cirkonijevega oksida v tetragonalni fazi, enakomerno porazdeljenih po matrici aluminijevega oksida. Koncentracija napetosti na konici razpoke lahko spremeni tetragonalno kristalno strukturo v monoklinično, kar povzroči povezano povečanje volumna cirkonijevega oksida. Takšna prostorninska ekspanzija učinkovito obrne ali ustavi rast razpoke, kar vodi do večje žilavosti in trdnosti.
Mehanske lastnosti keramike ZrO2-Al2O3
Obstaja širok razpon mehanskih lastnosti, ki jih kaže ZTA, vključno z boljšo trdoto kot običajni aluminijev oksid s podobnimi vrednostmi gostote, višja upogibna trdnost kot običajni aluminijev oksid in nižji koeficient linearnih toplotnih raztezkov kot običajni cirkonijev oksid (CLTE).
Cirkonijev kaljeni aluminijev oksid ima visoko mehansko trdnost in je toplotno odporen, zato ne korodira. Spodaj je nekaj lastnosti ZTA:
Vrednost nepremičnine
Kemijska formula Zr-Al2O3
Gostota 4.1-4.38 g/cm^3
Trdota 1750-2100 Gumb
Elastičnost 45-49 x 10^6 psi
Upogibna trdnost 100-145 ksi
Poissonovo razmerje 0.26
Zlomna žilavost 5-7 MPa m^1/2
Koeficient toplotnega raztezanja 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Toplotna prevodnost 20.0-21.0 W/mK
Odpornost na udarce 325 °C
Najvišja delovna temperatura 1650 °C
Uporaba ZrO2-Al2O3 keramike
Cirkonijeva kaljena glinica se uporablja v različnih aplikacijah, kot so tiste, ki zahtevajo visoko trdnost in odpornost proti obrabi. Sem spadajo tesnila ventilov, rokavi, bati črpalke, pršilne šobe in drugi industrijski deli.
Biokompatibilnost ZTA
V različnih študijah, Poročali so, da ZTA po implantaciji ne povzroča neželenih reakcij tkiva, zaradi česar je dober kandidat za ortopedske nosilne komponente. Poleg tega, trdota, zaradi žilavosti in trdnosti cirkonijevo-aluminijeve keramike je primerna za ortopedske nosilne komponente.
ZTA pri artroplastiki kolka
Veliko se je razpravljalo o keramiki, kot je aluminijev oksid, cirkonij in aluminijev oksid, utrjen s cirkonijem (ZTA) kot primeren material pri artroplastiki kolka . Te prednosti ZTA so bile dosežene, ne da bi bilo treba vključiti pomanjkljivosti, povezane z itrijem stabiliziranim cirkonijevim oksidom, ki ima visoke mehanske lastnosti, ali aluminijevim oksidom z visoko inertnostjo..
ZTA pri artroplastiki kolena
Večinoma, keramični modeli vsadkov za totalno artroplastiko kolena (TKA) so bili razviti za reševanje problema alergijskih reakcij, ki se lahko pojavijo pri bolnikih, ko sodobne komponente iz titana ali kobalt-kromove zlitine sproščajo delce obrabe. Cirkonijeva kaljena glinica (ZTA) Matrix Composite je vrhunski biomaterial za takšne aplikacije.
ZTA: Obetavna prihodnost
To vključuje stalne raziskave in razvoj načinov za izboljšanje lastnosti ZTA in njegove potencialne uporabe. Drug serijsko obdelan cirkonijev kaljeni aluminijev oksid je bil zasnovan z mehanskimi lastnostmi v smislu upogibne trdnosti, ki so bistveno nižje od tistih iz komercialno dostopnega Biolox® Delta. Še ena, keramični kompoziti iz silicijevega nitrida, ki so bili pred kratkim uvedeni v artroplastiko kolka, prav tako kažejo večjo trdnost kot aluminijev oksid. Prihodnost je svetla za ZTA s številnimi aplikacijami in vrhunskimi lastnostmi. Zato, z razvijajočo se tehnologijo, Pričakuje se, da bo ZTA osnova za nove koncepte na različnih področjih, zlasti na biomedicini.