Оксид цирконію та оксид алюмінію разом дають загартований оксид цирконію (ZTA), винятковий матеріал у багатьох сферах застосування. Механічні властивості, сила, в'язкість руйнування, еластичність, твердість і зносостійкість високо оцінені в цьому композитному керамічному матеріалі, який відноситься до класу композитів AZ. ZTA став кращим вибором для високої механічної міцності, термостійкість і стійкість до корозії.
Розшифровка складу і будови
Серед іншого, Загартований оксид цирконію складається із зерен діоксиду цирконію, рівномірно розподілених у матриці оксиду алюмінію. нормально, це включає в себе 10-20% об’єм ZrO2 в оксиді алюмінію. Залежно від їх пропорцій, складові суміші сприяють створенню кераміки зі специфічними властивостями залежно від конкретного застосування.
Будівельні блоки: Глинозем і цирконій
Основними компонентами, які змішуються для утворення ZTA, є оксид алюмінію та діоксид цирконію. Крім того, Ортопедичні імплантати використовують цей керамічний матеріал, відомий як оксид алюмінію (Al2O3) в історії завдяки добрій біосумісності, а також великій механічній міцності та стійкості до руйнування.
Іншою видатною властивістю діоксиду цирконію є низький рівень корозії, а також хороша хімічна стабільність і висока механічна міцність. Його модуль Юнга такого ж порядку, як і у сплавів з нержавіючої сталі.
Як це зроблено
Виробництво ZTA означає створення зерен діоксиду цирконію тетрагональної фази, рівномірно розподілених по всій матриці оксиду алюмінію. Концентрація напруги на вершині тріщини може змінити тетрагональну кристалічну структуру на моноклінну, що призведе до пов’язаного збільшення об’єму діоксиду цирконію. Таке розширення об’єму ефективно повертає назад або зупиняє ріст тріщин, що призводить до підвищення в’язкості та міцності.
Механічні властивості кераміки ZrO2-Al2O3
Існує широкий діапазон механічних властивостей, демонстрованих ZTA, включаючи кращу твердість, ніж звичайні оксиди алюмінію з аналогічними значеннями щільності, вища міцність на вигин, ніж у традиційного оксиду алюмінію, і нижчий, ніж у звичайного оксиду цирконію, коефіцієнт лінійного теплового розширення (CLTE).
Цирконієвий загартований оксид алюмінію має високу механічну міцність і термостійкість, тому не піддається корозії. Нижче наведено деякі властивості ZTA:
Вартість власності
Хімічна формула Zr-Al2O3
Щільність 4.1-4.38 г/см^3
Твердість 1750-2100 Кнопка
Еластичність 45-49 х 10^6 psi
Міцність на вигин 100-145 ksi
Коефіцієнт Пуассона 0.26
В'язкість до руйнування 5-7 МПа м^1/2
Коефіцієнт теплового розширення 8.0-8.1 х 10^-6 1/C
Теплопровідність 20.0-21.0 Вт/мК
Ударостійкість 325 °C
Максимальна робоча температура 1650 °C
Застосування кераміки ZrO2-Al2O3
Цирконієвий загартований оксид алюмінію використовується в різних сферах застосування, таких як ті, що вимагають високої міцності та зносостійкості. До них відносяться сальники клапанів, рукава, поршні насоса, розпилювальні форсунки та інші промислові частини.
Біосумісність ЗТА
У різних дослідженнях, Повідомлялося, що ZTA не викликає побічної реакції тканин після імплантації, що робить його хорошим кандидатом для ортопедичних несущих компонентів. Крім того, твердість, в'язкість і міцність кераміки з оксиду цирконію роблять її придатною для ортопедичних несучих компонентів.
ZTA в ендопротезуванні кульшового суглоба
Про кераміку, як-от глинозем, багато обговорювалося, діоксид цирконію та загартований оксид цирконію (ZTA) як відповідний матеріал для ендопротезування кульшового суглоба . Ці переваги ZTA були досягнуті без необхідності включати недоліки, пов’язані зі стабілізованим оксидом ітрію цирконієм, який демонструє високі механічні властивості, або оксидом алюмінію з його високою інертністю..
ZTA в ендопротезуванні колінного суглоба
Переважно, конструкції керамічних імплантатів для тотального ендопротезування колінного суглоба (TKA) були розроблені для вирішення проблеми алергічних реакцій, які можуть виникнути у пацієнтів, коли сучасні компоненти з титану або кобальт-хромового сплаву виділяють частки зношування. Цирконій, загартований оксид алюмінію (ZTA) Matrix Composite — це передовий біоматеріал для таких застосувань.
ZTA: Багатообіцяюче майбутнє
Це передбачає безперервне дослідження, а також розробку способів покращення характеристик ZTA та його потенційного використання. Інший загартований оксид цирконію, оброблений періодично, має механічні властивості з точки зору міцності на вигин, значно нижчі, ніж у комерційно доступного Biolox® Delta. інший, такі як керамічні композити з нітриду кремнію, нещодавно введені в ендопротезування кульшового суглоба, також демонструють вищу міцність, ніж оксид алюмінію. Майбутнє світле для ZTA з багатьма застосуваннями та чудовими властивостями. тому, з розвитком технології, Очікується, що ZTA стане основою для нових концепцій на різних фронтах, особливо в біомедицині.