کاربرد سرامیک آلومینا

سرامیک ها به عنوان مواد زیستی برای پرکردن عیوب در دندان ها و استخوان ها، رفع پیوند استخوان، شکستگی ها یا پروتزها به استخوان ها و جایگزینی بافت های بیمار استفاده می شوند. به آنها بیوسرامیک می گویند. آنها به دلیل ویژگی های عالی مانند استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش، استحکام فشاری و خمشی بالاتر و زیست سازگاری بالا به طور گسترده در زمینه پزشکی استفاده می شوند.

مفهوم سرامیک آلومینا طیف وسیعی را در بر می گیرد. علاوه بر سرامیک های آلومینا خالص، هر ماده سرامیکی با محتوای آلومینا بیش از 45 درصد را می توان سرامیک آلومینا نامید. سرامیک های آلومینا دارای کریستال های ایزومورف و هترومورف زیادی هستند، اما رایج ترین آنها فقط α-Al2O3 و γ-Al2O3 هستند. به دلیل ساختار کریستالی متفاوتی که دارند، خواص متفاوتی دارند. در میان آنها، α-Al2O3، همچنین به عنوان کوراندوم شناخته می شود، فاز کریستالی اصلی سرامیک آلومینا، با مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا، و مقاومت در برابر خوردگی است.

کاربرد سرامیک آلومینا در اتصالات مصنوعی

سرامیک های آلومینا با خلوص بالا دارای ضریب اصطکاک بسیار پایین، سختی بالا و ترشوندگی خوب هستند که آنها را برای استفاده به عنوان سطوح اصطکاک مفصلی بسیار مناسب می کند. فقط آلومینا با خلوص بالا را می توان در زمینه پزشکی استفاده کرد و ناخالصی هایی که می توانند فازهای مرزی دانه های شیشه ای را تشکیل دهند (مانند سیلیس، سیلیکات های فلزی و اکسیدهای فلز قلیایی) باید کمتر از 0.1wt٪ باشند، زیرا تخریب چنین ناخالصی ها باعث می شود. منجر به محل تمرکز تنش می شود که در آن ترک ها ظاهر می شوند. مطالعات نشان داده اند که با انتخاب پارامترهای پخت مناسب (دما، زمان، نرخ گرمایش/سرد شدن) و افزودنی های دوپینگ (مانند اکسید منیزیم، اکسید زیرکونیوم و اکسید کروم)، می توان اندازه دانه و تخلخل آلومینا و چقرمگی را کنترل کرد. و استحکام شکست آلومینا را می توان به طور موثر بهبود بخشید.

مواد کامپوزیتی که توسط اکسید زیرکونیوم و آلومینا تشکیل می شوند، آلومینا سخت شده با اکسید زیرکونیوم (ZTA) یا زیرکونیای سخت شده با آلومینا (ATZ) نامیده می شوند که نقش مهمی در مواد مفصل مصنوعی دارند. این دو ماده کامپوزیت به محتوای اجزای اصلی بستگی دارد. این مواد کامپوزیتی توانایی سخت‌کنندگی اکسید زیرکونیوم را با حساسیت کم آلومینا به تخریب در سیالات بیولوژیکی با دمای پایین ترکیب می‌کنند. با توجه به الزامات طراحی مواد، ATZ را می توان در مواقعی که به چقرمگی شکست بالا نیاز است استفاده کرد، در حالی که ZTA را می توان زمانی که سختی مورد نیاز است استفاده کرد. هیچ داده بالینی کافی برای نشان دادن اینکه سطوح یاتاقان مفصل ZTA مزایای بیشتری در مقاومت به سایش دارند وجود ندارد. مطالعات نشان داده است که کاربرد ZTA و آلومینا سخت شده مبتنی بر اکسید زیرکونیوم (ZPTA) در جراحی مفصل به مراتب بیشتر از ATZ است.

کاربرد سرامیک آلومینا در ترمیم دهان

سرامیک های آلومینا دارای قابلیت عبور نور و رنگی هستند که با دندان های واقعی مطابقت دارد و کمی سمی هستند. سرامیک های آلومینا رسانایی حرارتی پایینی دارند که باعث کاهش تحریک غذاهای سرد و گرم روی خمیر می شود. سرامیک های زیرکونیا در برابر سایش، خوردگی و دمای بالا مقاوم هستند و رنگ آن ها مشابه دندان های واقعی است. برای ترمیم دندان مناسب بوده و استحکام بالایی دارند. با توجه به ترکیب فیزیکی مواد سرامیکی آلومینا و فرآیندهای مختلف ساخت، سرامیک های آلومینا مورد استفاده در زمینه ترمیم تمام سرامیک را می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

(1) سرامیک آلومینا نفوذ شیشه ای

نفوذ شیشه ای، نام کامل دوغاب پوشش شیشه ای روش نفوذ است. آلومینا به عنوان یک ماده ماتریکس ساختار متخلخلی دارد و شیشه لانتانیم-بوروسیلیکات حاوی مواد رنگی به داخل آن نفوذ می کند. پس از تشکیل، دارای یک ریزساختار است که در آن فازهای کریستال آلومینا و فازهای کریستال شیشه به یکدیگر نفوذ می کنند.

(2) سرامیک های تمام آلومینا زینتر شده متراکم با خلوص بالا

از آلومینا با خلوص 99.9٪ تشکیل شده است. پودر آلومینا تحت فشار زیاد به یک بدنه سبز رنگ (پرس خشک) فشرده می شود و سپس زینتر می شود. روش شکل دهی فشار به سرامیک آلومینا چگالی بالا و تخلخل کم می دهد.

(3) سرامیک های آلومینا سخت شده زیرکونیایی با نفوذ شیشه

این نوع سرامیک با افزودن 35 درصد زیرکونیای نیمه تثبیت شده به پودر سرامیک آلومینا نفوذ شده با شیشه تشکیل می شود. زیرکونیای چهارضلعی توزیع شده به طور یکنواخت را می توان در داخل ماده تشکیل شده مشاهده کرد.

با پیشرفت مداوم علم و فناوری، مواد بیوسرامیک آلومینا به طور گسترده‌تری در زمینه پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند و تحقیقات روی آنها به سمت جهت‌های پزشکی نوظهور با ارزش افزوده بالاتر و چشم‌اندازهای بیشتر پیش می‌رود.