Алуминокерамични дентални импланти - свойства, индикации и съображения за проектиране на препаратите

Алуминиевият керамичен материал бързо се наложи в стоматологията поради отличните си клинични характеристики, като се използва за фиксирани протези. В тази статия се разглеждат по-задълбочено неговите свойства, показания, съображения за проектиране на препарати и употреба.

Алуминият е изключително издръжлива техническа керамика, известна със своята механична здравина, химическа стабилност и биосъвместимост. Тези свойства се подобряват с увеличаване на степента на чистота; производството включва сухо пресоване на прах с помощта на хидравлични или механични преси; след образуването му той трябва да бъде изпечен, за да се получи плътност.

Твърдост

Алуминиевият оксид е изключително здрава и еластична керамика с твърдост по Моос 9, която предлага изключителна устойчивост на износване, което я прави идеален материал за използване в режещи инструменти, изтеглящи матрици, матрици за екструдиране, дюзи за формоване и електрическа изолация. Освен това алуминият проявява отлична химическа устойчивост, тъй като е подходящ за киселинна и алкална среда, а класовете с по-висока чистота предлагат повишена устойчивост на корозия.

Корозията на алуминиевия оксид зависи от минералната му структура и съдържанието на примеси, като примесите, отложени по време на изпичането, предизвикват преференциална корозия в граничните зони на зърната на керамичните материали от алуминиев оксид. Допълнително ускоряване на това увреждане предизвикват високите концентрации на киселини или алкални разтвори; за да се повиши корозионната устойчивост на тези керамични материали, трябва съответно да се увеличи количеството на фазите силициев диоксид, мулит и корунд.

Производителите могат да създадат продукт от алуминиева керамика с прецизна точност на размерите, като използват различни процеси на смилане и синтероване. Гранулите от алуминиев прах се пресоват чрез сухи или студени методи на изостатично пресоване, преди да бъдат изпечени чрез контролирана химия, за да се получи крайната им форма - или вместо това може да се получи чрез инжектиране.

Алуминиевата керамика е усъвършенствана техническа керамика с много желани свойства, като например висока температурна стабилност, твърдост и устойчивост на износване, биосъвместимост и инертност, което я прави подходяща за множество приложения, включително сензори за налягане, устройства за измерване на потока на течности, компоненти на електронни тръби за лазерни компоненти и рентгеново оборудване. Алуминиевият оксид може да се използва и за производство на керамични проходни елементи за метали, както и на специални тигли, използвани в металургичните процеси на термична обработка; неговите качества на здравина, твърдост и устойчивост на износване правят този материал особено подходящ за приложения в бронежилетки.

Устойчивост на корозия

Алуминиевата керамика има висока устойчивост на корозия и често се използва в промишлено оборудване, което трябва да издържа на въздействието на различни вещества. Алуминиевата керамика може да се намери и в стоматологични и ортопедични импланти поради своята биосъвместимост и механична здравина; методите за производство включват сухо пресоване, изостатично пресоване, леене на ленти, екструдиране и шприцване.

Термичната стабилност на алуминиевата керамика зависи от нейния коефициент на термично разширение, който определя как тя се разширява или свива при нагряване или охлаждане, което прави алуминия идеален материал за приложения, изискващи постоянни температурни промени. Въпреки това стабилността му може да се промени в зависимост от размера и формата на производството - например ако е направен на големи блокове с тесни отвори, които се затварят при охлаждане, това може да доведе до проблеми с напукване или деформиране при по-нататъшно охлаждане на материала.

Установено е също, че размерът на зърната оказва значително влияние върху износоустойчивостта на алуминиевата керамика. Проучванията разкриват, че керамиката с по-малък размер на зърната има по-добри свойства на износоустойчивост поради намалените сили на триене между зърната, дължащи се на по-малките контактни площи между всяко едно от тях и по-малките контактни площи - тези по-малки зърна вероятно имат и по-малко контактни точки помежду си и следователно произвеждат по-малка сила на триене като цяло.

Алуминиевата керамика може да бъде оформена в много различни форми и е идеална за редица приложения. Твърдостта им по Моос от 9 и отличната им химическа устойчивост ги правят полезни при производството на инструменти и шлифовъчни дискове; освен това те са отлични абразивни продукти като матрици за изтегляне, матрици за екструдиране и лагери; докато превъзходната им здравина и изолационни качества ги правят подходящи за запалителни свещи, корпуси на електрически вериги, вакуумни компоненти и запалителни свещи.

Термична стабилност

Алуминиевата керамика има нисък коефициент на термично разширение, което я прави идеален материал за високотемпературни приложения, като например тези, при които се използват инструменти от волфрамов карбид. Нейната устойчивост на химическа корозия я прави още по-желана; температури до 1000 градуса по Целзий могат да бъдат понесени, без да възникне химическа корозия, като същевременно тя предлага отлична устойчивост на износване и удар, което прави алумокерамиката отличен избор при рязане на твърди материали като този.

Алуминиевият оксид често се използва в медицинските приложения поради своята здравина и издръжливост. Хипоалергенен и нетоксичен, алуминиевият оксид може да се използва като материал за костно заместване или материал за зъбни импланти - въпреки че за успешното му приложение трябва да има тясно разпределение на зърната без проблеми с порьозността.

Разработени са множество методи за повишаване на желаните свойства на алуминия. Рутилът може да бъде добавен, за да се увеличи якостта на разрушаване и устойчивостта на умора на алуминия. Освен това допирането с лантан, бор или калай ще повиши термичната стабилност на този материал.

Изследван е ефектът от допирането с калай върху мезопорестата структура и химическата стабилност на g-алуминия. Образците са приготвени чрез прахова металургия, като са използвани различни съотношения на алуминиев оксид (А/Т), след което са калцинирани при 500 градуса по Целзий за два часа, преди да бъдат произведени зелени уплътнения с едноосно пресоване, преди да бъдат изпечени при 1650 градуса по Целзий/2 часа в електрическа пещ.

След това уплътненията са тествани за тяхната якост CCS и MOR, като нарастващите добавки на калай водят до увеличаване на стойностите на механичната якост. Това може да се обясни с образуването на фаза AlBO3 до g-алуминия по време на синтероване; алуминият, легиран с калай, спомага за поддържане на мезопорестата структура, като същевременно възпрепятства трансформацията от g-алуминий в a-алуминий дори при повишени температури.

Проводимост

Топлопроводимостта е основно свойство на керамиката, тъй като тя позволява ефективен пренос на топлина върху големи повърхности, например в тигани за готвене или електрически компоненти. Алуминиевата керамика в частност се отличава в това приложение поради високата си топлопроводимост и ниската си обемна плътност.

Топлопроводимостта на алуминиевия оксид може да варира значително в зависимост от нивото на чистота и температурните условия, нивото на порьозност и използваните методи за обработка. За да се оптимизират тези вариации и да се направят керамични компоненти, които работят по най-добрия начин при проектирането им, трябва да се използват целеви матрични конструкции със специфични методи на обработка и да се предоставят съответните технически данни от производителите за справочни цели или да се проведат специфични тестове при проектирането на компоненти, използващи този материал.

Друг фактор, влияещ върху работата на алуминиевата керамика, е нейният коефициент на термично разширение, който измерва колко се променя размерът ѝ при температурни колебания. По-ниският коефициент показва по-малко напрежение по време на промените, което я прави подходяща за медицински изделия и ортопедични артикулиращи повърхности.

Алуминиевата керамика се отличава с нисък коефициент на термично разширение, както и с висока температура на топене и якост, което я прави подходяща за различни промишлени приложения, включително тигли за топене/ливане, проходни канали за свързване на керамика с метал, проходни канали за рентгенови компоненти, втулки за високо напрежение и втулки за високо напрежение.

Освен това алуминиевата керамика има отлична износоустойчивост и може да се произвежда в различни форми, за да отговаря на различни приложения. Скоростта на износване обаче зависи от качеството на суровината, използвана при производството, така че за постигане на оптимални резултати при производството на тази керамика е от решаващо значение за целите на производството да се избира само висококачествена суровина.

Сила

Якостта е едно от основните предимства на алуминиевата керамика, тъй като тя издържа на екстремни натоварвания и стрес, без да се счупи. Високата плътност на алуминиевата керамика ѝ позволява да издържа на натискови натоварвания, без да се смачква, като същевременно предлага голяма якост на огъване и опън, което я прави подходяща за различни приложения.

Устойчивостта на корозия е друго ключово свойство на алуминиевата керамика. Поради химичния си състав и микроструктура, скоростта на корозия на алуминиевата керамика е много по-ниска от тази на металите; освен това добавянето на La2O3 увеличава устойчивостта на корозия, тъй като укрепва кристалните структури и същевременно намалява разтворимостта на киселините.

Алуминият може да служи като икономичен заместител на медта в електрическо оборудване и инструменти, като вакуумни помпи, мишени за разпрашване, електронни тръби и лазерни компоненти. Алуминиевият оксид намира широко приложение и в металургията и химическата обработка, като например в проходни канали между метали (алуминиево-метални проходни канали), топчета за намаляване на напрежението (за намаляване на напрежението по време на заваряване/термична обработка), термоизолатори, предпазващи детайлите по време на заваряване/термична обработка, както и специални тигли, изработени от алуминиев оксид.

Алуминиевата керамика е отличен материал за ортопедични импланти и медицински изделия, тъй като не предизвиква токсични или алергични реакции, когато се комбинира с различни биологични материали. Алуминиевата керамика може да бъде изработена дори в протезни устройства, като например тотални коленни протези (TKR), съставени от метални кондили, съчленяващи се срещу тибиални платна от UHMWPE - идеално за протезни приложения, като например тотални коленни протези (TKR).

Алуминиевата керамика има изключителна термична стабилност, тъй като не се разширява значително при температурни промени. Това я прави отличен избор на материал за използване във високотемпературна среда или приложения, свързани с термичен шок, като например високотемпературни облицовки на пещи в промишлеността и военни приложения, като например бронежилетки.