Application de la céramique d’alumine
Les céramiques sont utilisées comme biomatériaux pour combler les défauts des dents et des os, fixer les greffes osseuses, les fractures ou les prothèses osseuses et remplacer les tissus malades. On les appelle biocéramiques. Elles sont largement utilisées dans le domaine médical en raison de leurs excellentes caractéristiques telles qu’une résistance élevée, une résistance à l’usure, une résistance à la compression et à la flexion plus élevée et une biocompatibilité élevée.
Le concept de céramique d’alumine couvre un large éventail. Outre la céramique d’alumine pure, tout matériau céramique dont la teneur en alumine est supérieure à 45 % peut être appelé céramique d’alumine. Les céramiques d’alumine ont de nombreux cristaux isomorphes et hétéromorphes, mais les plus couramment utilisés sont uniquement α-Al2O3 et γ-Al2O3. En raison de leurs différentes structures cristallines, elles ont des propriétés différentes. Parmi elles, α-Al2O3, également connu sous le nom de corindon, est la principale phase cristalline des céramiques d’alumine, avec une résistance mécanique élevée, une résistance aux températures élevées et une résistance à la corrosion.
Utilisation de la céramique d’alumine dans les articulations artificielles
La céramique d’alumine de haute pureté présente un coefficient de frottement très faible, une dureté élevée et une bonne mouillabilité, ce qui la rend très adaptée à une utilisation comme surface de frottement articulaire. Seule l’alumine de haute pureté peut être utilisée dans le domaine médical, et les impuretés qui peuvent former des phases limites de grains de verre (telles que la silice, les silicates métalliques et les oxydes de métaux alcalins) doivent être inférieures à 0,1 % en poids, car la dégradation de ces impuretés entraînera des sites de concentration de contraintes où des fissures apparaîtront. Des études ont montré qu’en sélectionnant des paramètres de frittage appropriés (température, temps, taux de chauffage/refroidissement) et des additifs dopants (tels que l’oxyde de magnésium, l’oxyde de zirconium et l’oxyde de chrome), la taille des grains et la porosité de l’alumine peuvent être contrôlées, et la ténacité et la résistance à la rupture de l’alumine peuvent être efficacement améliorées.
Les matériaux composites formés d’oxyde de zirconium et d’alumine sont appelés alumine durcie à l’oxyde de zirconium (ZTA) ou zircone durcie à l’alumine (ATZ), qui jouent également un rôle important dans les matériaux articulaires artificiels. Ces deux matériaux composites dépendent de la teneur des principaux composants. Ces matériaux composites combinent la capacité de durcissement de l’oxyde de zirconium avec la faible sensibilité de l’alumine à la dégradation dans les fluides biologiques à basse température. Selon les exigences de conception du matériau, l’ATZ peut être utilisé lorsqu’une résistance élevée à la fracture est requise, tandis que le ZTA peut être utilisé lorsqu’une dureté est requise. Il n’existe pas suffisamment de données cliniques pour montrer que les surfaces d’appui articulaires en ZTA présentent de plus grands avantages en termes de résistance à l’usure. Des études ont montré que l’application du ZTA et de l’alumine durcie à base d’oxyde de zirconium (ZPTA) en chirurgie articulaire est bien supérieure à celle de l’ATZ.
Application de la céramique d’alumine dans la restauration orale
Les céramiques d’alumine ont une transmission de la lumière et une couleur qui correspondent à celles des vraies dents et sont légèrement toxiques. Les céramiques d’alumine ont une conductivité thermique considérablement faible, ce qui réduit la stimulation des aliments froids et chauds sur la pulpe. Les céramiques de zircone sont résistantes à l’usure, à la corrosion et aux températures élevées, et leur couleur est similaire à celle des vraies dents. Elles conviennent à la restauration dentaire et ont une résistance élevée. Selon la composition physique des matériaux céramiques d’alumine et les différents procédés de fabrication, les céramiques d’alumine utilisées dans le domaine de la restauration tout céramique peuvent être divisées en catégories suivantes :
(1) Céramiques d’alumine par infiltration de verre
Infiltration de verre, le nom complet est la méthode d’infiltration de verre par revêtement en suspension. L’alumine, en tant que matériau de matrice, présente une structure poreuse et le verre borosilicate de lanthane contenant des colorants y pénètre. Après formation, il présente une microstructure dans laquelle les phases cristallines d’alumine et les phases cristallines de verre s’interpénètrent.
(2) Céramiques tout alumine frittées denses de haute pureté
Elle est composée d’alumine d’une pureté de 99,9 %. La poudre d’alumine est pressée dans un corps vert (pressage à sec) sous une forte pression, puis frittée. La méthode de formage sous pression confère aux céramiques d’alumine une densité élevée et une faible porosité.
(3) Céramiques d’alumine renforcées par de la zircone infiltrée de verre
Ce type de céramique est formé en ajoutant 35 % de zircone partiellement stabilisée à de la poudre de céramique d’alumine infiltrée de verre. On peut observer une zircone tétragonale uniformément répartie à l’intérieur du matériau formé.
Avec le développement continu de la science et de la technologie, les matériaux biocéramiques à base d’alumine sont de plus en plus utilisés dans le domaine médical, et la recherche sur eux s’orientera vers des directions médicales émergentes avec une valeur ajoutée plus élevée et plus de perspectives.