Oksidi i zirkonit dhe oksidi i aluminit të bashkuar prodhojnë alumin e ngurtësuar me zirkon (ZTA), një material i jashtëzakonshëm në shumë aplikime. Vetitë mekanike, forca, rezistencë ndaj thyerjes, elasticitet, fortësia dhe rezistenca ndaj konsumit vlerësohen shumë në këtë material qeramik të përbërë që i përket klasës së kompozitave AZ. ZTA është bërë zgjedhja e preferuar për forcë të lartë mekanike, rezistenca termike dhe rezistenca ndaj korrozionit.
Dekodimi i përbërjes dhe strukturës
Ndër të tjera, Alumina e ngurtësuar me zirkon përbëhet nga kokrra zirkoni të shpërndara në mënyrë uniforme brenda një matrice alumini. Normalisht, kjo përfshin 10-20% vëllimi i ZrO2 në alumin. Në varësi të përmasave të tyre, përzierjet përbërëse kontribuojnë në qeramikë me karakteristika specifike në varësi të një aplikimi të veçantë.
Blloqe ndërtimi: Alumini dhe Zirkoni
Përbërësit kryesorë që përzihen për të formuar ZTA janë alumini dhe zirkonia. Për më tepër, Implantet ortopedike kanë përdorur këtë material qeramik të njohur si Oksid Alumini (Al2O3) në histori për shkak të biokompatibilitetit të tij të mirë si dhe forcës së madhe mekanike dhe rezistencës ndaj thyerjes.
Një tjetër veti e jashtëzakonshme e zirkonisë është shkalla e ulët e korrozionit, si dhe stabiliteti i mirë kimik dhe forca e lartë mekanike.. Moduli i tij Young është në të njëjtin renditje të madhësisë me lidhjet e çelikut të pandryshkshëm.
Si është bërë
Të prodhosh ZTA do të thotë të krijosh kokrra zirkoni të fazës tetragonale të shpërndara në mënyrë uniforme në një matricë alumini. Një përqendrim i stresit të majës së çarjes mund të ndryshojë një strukturë kristalore tetragonale në një strukturë monoklinike, duke çuar kështu në një rritje të lidhur në vëllimin e zirkonit. Një zgjerim i tillë i vëllimit e kthen në mënyrë efektive ose ndalon rritjen e plasaritjes duke çuar në rezistencë dhe forcë më të madhe.
Vetitë mekanike të qeramikës ZrO2-Al2O3
Ekziston një gamë e gjerë vetive mekanike të shfaqura nga ZTA duke përfshirë fortësi më të lartë se aluminat konvencionale me vlera të ngjashme densiteti, rezistencë më e lartë në përkulje se aluminat konvencionale dhe më e ulët se koeficienti i zirkonisë konvencionale të zgjerimeve termike lineare (CLTE).
Alumina e ngurtësuar me Zirkoni ka forcë të lartë mekanike dhe është termikisht rezistente ndaj nuk gërryhet. Më poshtë janë disa nga pronat e ZTA:
Vlera e pronës
Formula Kimike Zr-Al2O3
Dendësia 4.1-4.38 g/cm^3
Fortësia 1750-2100 Butoni
Elasticiteti 45-49 x 10^6 psi
Forca e përkuljes 100-145 ksi
Raporti Poisson 0.26
Rezistenca e thyerjes 5-7 MPa m^1/2
Koeficienti i Zgjerimit Termik 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Përçueshmëria termike 20.0-21.0 W/mK
Rezistenca ndaj goditjeve 325 °C
Temperatura maksimale e punës 1650 °C
Aplikimet e Qeramikës ZrO2-Al2O3
Alumina e ngurtësuar me Zirkoni përdoret në aplikime të ndryshme si ato që kërkojnë forcë të lartë dhe rezistencë ndaj konsumit. Këto përfshijnë vulat e valvulave, mëngët, pistonët e pompës, grykë spërkatjeje dhe pjesë të tjera industriale.
Biokompatibiliteti i ZTA
Në studime të ndryshme, ZTA është raportuar se nuk prodhon asnjë reagim negativ të indeve pas implantimit, duke e bërë kështu një kandidat të mirë për komponentët ortopedikë që mbajnë ngarkesë. Përveç kësaj, ngurtësinë, qëndrueshmëria dhe forca e shfaqur nga qeramika zirconia-alumini i bën ato të përshtatshme për komponentët ortopedikë që mbajnë ngarkesë.
ZTA në Artroplastikën e Hip
Ka pasur diskutime të konsiderueshme për qeramika si alumini, zirkonia dhe alumini i ngurtësuar me zirkon (ZTA) si materiale të përshtatshme në artroplastikën e ijeve . Këto avantazhe të ZTA u arritën pa pasur nevojë të përfshinin disavantazhet që lidhen me zirkoninë e stabilizuar me ytria që shfaq veti të larta mekanike ose alumin me inertitetin e saj të lartë.
ZTA në Artroplastikën e Gjurit
Kryesisht, dizajne implante qeramike për artroplastikë totale të gjurit (TKA) janë zhvilluar për të trajtuar çështjen e reaksioneve alergjike që mund të ndodhin te pacientët kur përbërësit modernë të aliazhit të titanit ose kobalt-kromit lëshojnë grimca konsumi. Zirkonia e ngurtësoi aluminin (ZTA) Matrix Composite është një biomaterial i fundit për aplikime të tilla.
ZTA: E ardhmja premtuese
Kjo përfshin kërkime të vazhdueshme si dhe zhvillim mbi mënyrat për të përmirësuar atributet e ZTA dhe përdorimet e saj të mundshme. Një tjetër alumin e ngurtësuar me zirkoni të përpunuar në grup është projektuar me veti mekanike në aspektin e forcës në përkulje dukshëm më të ulët se ato nga Biolox® Delta e disponueshme në treg.. Një tjetër, të tilla si kompozitat e qeramikës me nitrid silikoni të futura kohët e fundit në artroplastikën e ijeve gjithashtu shfaqin forcë më të lartë se alumini. E ardhmja është e ndritshme për ZTA me shumë aplikime dhe veti superiore. Prandaj, me teknologjinë në zhvillim, pritet që ZTA të jetë baza për koncepte të reja në fronte të ndryshme, veçanërisht në biomjekësi.