Ang Zirconium oxide at aluminum oxide ay pinagsama-sama ay nagbubunga ng Zirconia Toughened Alumina (ZTA), isang pambihirang materyal sa maraming aplikasyon. Mga mekanikal na katangian, lakas, tibay ng bali, pagkalastiko, ang katigasan at paglaban sa pagsusuot ay lubos na pinahahalagahan sa pinagsama-samang materyal na ceramic na ito na kabilang sa klase ng AZ composites. Ang ZTA ay naging ginustong pagpipilian para sa mataas na lakas ng makina, thermal resistance at corrosion resistance.
Pag-decode ng Komposisyon at Istraktura
Sa iba pang mga bagay, Ang Zirconia Toughened Alumina ay binubuo ng mga zirconia na butil na pantay na nakakalat sa loob ng isang alumina matrix. Karaniwan, kabilang dito 10-20% dami ng ZrO2 sa alumina. Depende sa kanilang mga sukat, ang mga pinaghalong bumubuo ay nag-aambag sa mga keramika na may mga partikular na katangian depende sa isang partikular na aplikasyon.
Mga Building Block: Alumina at Zirconia
Ang mga pangunahing sangkap na pinaghalo upang bumuo ng ZTA ay alumina at zirconia. At saka, Ang mga orthopedic implant ay gumagamit ng ceramic na materyal na ito na kilala bilang Aluminum Oxide (Al2O3) sa kasaysayan dahil sa magandang biocompatibility nito pati na rin ang mahusay na mekanikal na lakas at fracture resistance.
Ang isa pang natitirang pag-aari ng zirconia ay ang mababang rate ng kaagnasan pati na rin ang mahusay na katatagan ng kemikal at mataas na lakas ng makina.. Ang modulus ng Young nito ay nasa parehong pagkakasunud-sunod ng magnitude na may mga haluang metal na hindi kinakalawang na asero.
Paano Ito Ginawa
Ang paggawa ng ZTA ay nangangahulugan ng paglikha ng tetragonal-phase na mga butil ng zirconia na pantay na ipinamamahagi sa buong alumina matrix. Ang isang crack tip stress concentration ay maaaring magbago ng isang tetragonal na istraktura ng kristal sa isang monoclinic at sa gayon ay humahantong sa isang nauugnay na pagtaas sa dami ng zirconia. Ang ganitong pagpapalawak ng volume ay epektibong binabaligtad o pinipigilan ang paglaki ng crack na humahantong sa mas matigas at lakas.
Mechanical Properties ng ZrO2-Al2O3 Ceramics
Mayroong malawak na hanay ng mga mekanikal na katangian na ipinakita ng ZTA kabilang ang higit na katigasan kaysa sa mga karaniwang alumina na may katulad na mga halaga ng density, mas mataas na flexural strength kaysa sa conventional aluminas at mas mababa kaysa conventional zirconias coefficient ng linear thermal expansions (CLTE).
Ang Zirconia Toughened Alumina ay may mataas na mekanikal na lakas at thermally resistant kaya hindi ito nabubulok. Nasa ibaba ang ilan sa mga pag-aari ng ZTA:
Halaga ng Ari-arian
Formula ng Kemikal Zr-Al2O3
Densidad 4.1-4.38 g/cm^3
Katigasan 1750-2100 Pindutan
Pagkalastiko 45-49 x 10^6 psi
Lakas ng Flexure 100-145 ksi
Ratio ni Poisson 0.26
Katigasan ng Bali 5-7 MPa m^1/2
Coefficient ng Thermal Expansion 8.0-8.1 x 10^-6 1/C
Thermal Conductivity 20.0-21.0 W/mK
Shock Resistance 325 °C
Pinakamataas na Temperatura sa Paggawa 1650 °C
Mga aplikasyon ng ZrO2-Al2O3 Ceramics
Ang Zirconia Toughened Alumina ay ginagamit sa iba't ibang mga aplikasyon tulad ng mga nangangailangan ng mataas na lakas at wear resistance. Kabilang dito ang mga valve seal, manggas, mga pump piston, pag-spray ng mga nozzle at iba pang pang-industriya na bahagi.
Biocompatibility ng ZTA
Sa iba't ibang pag-aaral, Ang ZTA ay naiulat na walang masamang reaksyon sa tissue sa pagtatanim kaya ginagawa itong isang mahusay na kandidato para sa orthopedic load-bearing components. Bilang karagdagan, ang tigas, ang tibay at lakas na ipinakita ng zirconia-alumina ceramics ay ginagawang angkop ang mga ito para sa orthopedic load-bearing components.
ZTA sa Hip Arthroplasty
Nagkaroon ng malaking deliberasyon sa mga keramika tulad ng alumina, zirconia at zirconia toughened alumina (ZTA) bilang angkop na materyales sa hip arthroplasty . Ang mga kalamangan na ito ng ZTA ay nakamit nang hindi kinakailangang isama ang mga disadvantages na nauugnay sa yttria-stabilized zirconia na nagpapakita ng mataas na mekanikal na katangian o alumina na may mataas na inertness..
ZTA sa Knee Arthroplasty
Karamihan, mga disenyo ng ceramic implant para sa kabuuang arthroplasty ng tuhod (TKA) ay binuo upang mahawakan ang isyu ng mga reaksiyong alerhiya na maaaring mangyari sa mga pasyente kapag ang mga modernong titanium o cobalt-chromium alloy na mga bahagi ay naglalabas ng mga particle ng wear.. Ang Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Ang Matrix Composite ay isang cutting edge na biomaterial para sa mga naturang application.
ZTA: Ang Pangangakong Kinabukasan
Kabilang dito ang patuloy na pagsasaliksik pati na rin ang pag-unlad sa mga paraan ng pagpapahusay sa mga katangian ng ZTA at mga potensyal na paggamit nito. Ang isa pang batch-processed Zirconia Toughened Alumina ay idinisenyo na may mga mekanikal na katangian sa mga tuntunin ng flexural strength na higit na mas mababa kaysa sa mga mula sa komersyal na magagamit na Biolox® Delta. Isa pa, tulad ng silicon nitride ceramics composites na ipinakilala kamakailan sa hip arthroplasty ay nagpapakita rin ng mas mataas na lakas kaysa alumina. Ang hinaharap ay maliwanag para sa ZTA na may maraming mga aplikasyon at superior na katangian. Samakatuwid, sa umuunlad na teknolohiya, inaasahan na ang ZTA ay magiging batayan para sa mga bagong konsepto sa iba't ibang larangan lalo na sa biomedicine.