జిర్కోనియం ఆక్సైడ్ మరియు అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ కలిసి జిర్కోనియా గట్టిపడిన అల్యూమినాను ఉత్పత్తి చేస్తాయి (ZTA), అనేక అనువర్తనాల్లో అసాధారణమైన పదార్థం. యాంత్రిక లక్షణాలు, బలం, పగులు దృఢత్వం, స్థితిస్థాపకత, AZ మిశ్రమాల తరగతికి చెందిన ఈ మిశ్రమ సిరామిక్ మెటీరియల్లో కాఠిన్యం మరియు వేర్ రెసిస్టెన్స్ చాలా ప్రశంసించబడ్డాయి.. అధిక మెకానికల్ బలం కోసం ZTA ప్రాధాన్యత ఎంపికగా మారింది, ఉష్ణ నిరోధకత మరియు తుప్పు నిరోధకత.
కంపోజిషన్ మరియు స్ట్రక్చర్ డీకోడింగ్
ఇతర విషయాలతోపాటు, జిర్కోనియా టఫ్నెడ్ అల్యూమినాలో జిర్కోనియా ధాన్యాలు ఒక అల్యూమినా మ్యాట్రిక్స్లో ఏకరీతిగా చెదరగొట్టబడతాయి.. సాధారణంగా, ఇందులో ఉన్నాయి 10-20% అల్యూమినాలో ZrO2 వాల్యూమ్. వారి నిష్పత్తిని బట్టి, ఒక నిర్దిష్ట అప్లికేషన్పై ఆధారపడి నిర్దిష్ట లక్షణాలతో కూడిన సెరామిక్స్కు రాజ్యాంగ మిశ్రమాలు దోహదం చేస్తాయి.
బిల్డింగ్ బ్లాక్స్: అల్యూమినా మరియు జిర్కోనియా
ZTA ఏర్పడటానికి మిళితం చేయబడిన ప్రధాన భాగాలు అల్యూమినా మరియు జిర్కోనియా. పైగా, ఆర్థోపెడిక్ ఇంప్లాంట్లు అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ అని పిలవబడే ఈ సిరామిక్ పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తున్నాయి (Al2O3) చరిత్రలో దాని మంచి జీవ అనుకూలత అలాగే దాని గొప్ప యాంత్రిక బలం మరియు ఫ్రాక్చర్ నిరోధకత కారణంగా.
జిర్కోనియా యొక్క మరొక అత్యుత్తమ లక్షణం దాని తక్కువ తుప్పు రేట్లు అలాగే మంచి రసాయన స్థిరత్వం మరియు అధిక యాంత్రిక బలం. దీని యంగ్ యొక్క మాడ్యులస్ స్టెయిన్లెస్ స్టీల్ మిశ్రమాలతో అదే పరిమాణంలో ఉంటుంది.
ఇది ఎలా తయారు చేయబడింది
ZTAను ఉత్పత్తి చేయడం అంటే టెట్రాగోనల్-ఫేజ్ జిర్కోనియా గింజలను అల్యూమినా మ్యాట్రిక్స్ అంతటా ఒకే విధంగా పంపిణీ చేయడం. క్రాక్ టిప్ ఒత్తిడి ఏకాగ్రత టెట్రాగోనల్ క్రిస్టల్ నిర్మాణాన్ని మోనోక్లినిక్గా మార్చగలదు, తద్వారా జిర్కోనియా వాల్యూమ్లో అనుబంధిత పెరుగుదలకు దారితీస్తుంది. అటువంటి వాల్యూమ్ విస్తరణ పగుళ్ల పెరుగుదలను సమర్థవంతంగా తిప్పికొడుతుంది లేదా ఆపివేస్తుంది, ఇది మరింత దృఢత్వం మరియు బలానికి దారితీస్తుంది.
ZrO2-Al2O3 సెరామిక్స్ యొక్క మెకానికల్ లక్షణాలు
సారూప్య సాంద్రత విలువలతో సాంప్రదాయ అల్యూమినాల కంటే మెరుగైన కాఠిన్యంతో సహా ZTA ద్వారా విస్తృత శ్రేణి యాంత్రిక లక్షణాలు ప్రదర్శించబడ్డాయి., సాంప్రదాయ అల్యూమినాస్ కంటే ఎక్కువ ఫ్లెక్చరల్ బలం మరియు లీనియర్ థర్మల్ ఎక్స్పాన్షన్స్ యొక్క సాంప్రదాయ జిర్కోనియాస్ కోఎఫీషియంట్ కంటే తక్కువ (CLTE).
జిర్కోనియా టఫ్నెడ్ అల్యూమినా అధిక యాంత్రిక బలాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు ఉష్ణ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది కాబట్టి ఇది తుప్పు పట్టదు. క్రింద ZTA యొక్క కొన్ని లక్షణాలు ఉన్నాయి:
ఆస్తి విలువ
రసాయన ఫార్ములా Zr-Al2O3
సాంద్రత 4.1-4.38 g/cm^3
కాఠిన్యం 1750-2100 బటన్
స్థితిస్థాపకత 45-49 x 10^6 psi
ఫ్లెక్చర్ బలం 100-145 ksi
పాయిజన్ నిష్పత్తి 0.26
ఫ్రాక్చర్ దృఢత్వం 5-7 MPa m^1/2
థర్మల్ విస్తరణ యొక్క గుణకం 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
ఉష్ణ వాహకత 20.0-21.0 W/mK
షాక్ రెసిస్టెన్స్ 325 °C
గరిష్ట పని ఉష్ణోగ్రత 1650 °C
ZrO2-Al2O3 సెరామిక్స్ యొక్క అప్లికేషన్లు
జిర్కోనియా టఫ్నెడ్ అల్యూమినా అధిక బలం మరియు ధరించే నిరోధకత వంటి వివిధ అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించబడుతుంది. వీటిలో వాల్వ్ సీల్స్ ఉన్నాయి, స్లీవ్లు, పంప్ పిస్టన్లు, నాజిల్ మరియు ఇతర పారిశ్రామిక భాగాలను చల్లడం.
ZTA యొక్క జీవ అనుకూలత
వివిధ అధ్యయనాలలో, ZTA ఇంప్లాంటేషన్పై ఎటువంటి ప్రతికూల కణజాల ప్రతిచర్యను ఉత్పత్తి చేయదని నివేదించబడింది, తద్వారా ఇది కీళ్ళ లోడ్-బేరింగ్ భాగాలకు మంచి అభ్యర్థిగా మారింది.. అదనంగా, కాఠిన్యం, జిర్కోనియా-అల్యూమినా సిరామిక్స్ ద్వారా ప్రదర్శించబడే దృఢత్వం మరియు బలం వాటిని ఆర్థోపెడిక్ లోడ్-బేరింగ్ భాగాలకు సరిపోయేలా చేస్తాయి.
హిప్ ఆర్థ్రోప్లాస్టీలో ZTA
అల్యూమినా వంటి సిరామిక్స్పై గణనీయమైన చర్చలు జరిగాయి, జిర్కోనియా మరియు జిర్కోనియా అల్యూమినాను కఠినతరం చేసింది (ZTA) హిప్ ఆర్థ్రోప్లాస్టీలో తగిన పదార్థాలుగా . ZTA యొక్క ఈ ప్రయోజనాలు అధిక యాంత్రిక లక్షణాలను లేదా అధిక జడత్వంతో అల్యూమినాను ప్రదర్శించే యట్రియా-స్టెబిలైజ్డ్ జిర్కోనియాతో అనుబంధించబడిన ప్రతికూలతలను చేర్చకుండానే సాధించబడ్డాయి..
మోకాలి ఆర్థ్రోప్లాస్టీలో ZTA
ఎక్కువగా, మొత్తం మోకాలి ఆర్థ్రోప్లాస్టీ కోసం సిరామిక్ ఇంప్లాంట్ డిజైన్లు (TKA) ఆధునిక టైటానియం లేదా కోబాల్ట్-క్రోమియం మిశ్రమం భాగాలు ధరించే కణాలను విడుదల చేసినప్పుడు రోగులలో సంభవించే అలెర్జీ ప్రతిచర్యల సమస్యను నిర్వహించడానికి అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. జిర్కోనియా అల్యూమినాను కఠినతరం చేసింది (ZTA) మ్యాట్రిక్స్ కాంపోజిట్ అటువంటి అనువర్తనాల కోసం ఒక అత్యాధునిక బయోమెటీరియల్.
ZTA: ది ప్రామిసింగ్ ఫ్యూచర్
ఇది ZTA యొక్క గుణాలు మరియు దాని సంభావ్య ఉపయోగాలను మెరుగుపరిచే మార్గాలపై నిరంతర పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిని కలిగి ఉంటుంది. మరొక బ్యాచ్-ప్రాసెస్ చేయబడిన జిర్కోనియా టఫ్నెడ్ అల్యూమినా వాణిజ్యపరంగా లభించే బయోలాక్స్ డెల్టా కంటే చాలా తక్కువ ఫ్లెక్చరల్ బలం పరంగా మెకానికల్ లక్షణాలతో రూపొందించబడింది.. మరొకటి, హిప్ ఆర్థ్రోప్లాస్టీలో ఇటీవల ప్రవేశపెట్టిన సిలికాన్ నైట్రైడ్ సిరామిక్స్ మిశ్రమాలు కూడా అల్యూమినా కంటే అధిక శక్తిని ప్రదర్శిస్తాయి. అనేక అప్లికేషన్లు మరియు ఉన్నతమైన లక్షణాలతో ZTAకి భవిష్యత్తు ఉజ్వలంగా ఉంటుంది.. అందువలన, అభివృద్ధి చెందుతున్న సాంకేతికతతో, వివిధ రంగాలలో ముఖ్యంగా బయోమెడిసిన్పై కొత్త భావనలకు ZTA ఆధారంగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు.